國內晶片製造龍頭中芯國際與全球龍頭台積電技術差距到底有多大？

導讀：

近日美國阻撓荷蘭阿斯麥向中國出口全球最先進的EUV光刻機的消息頗受關注，我們知道光刻機是晶片製造的核心設備，這台光刻機是出售給國內晶片製造龍頭中芯國際的，這就將國內晶片製造企業推向風口，有些投資者問，半導體設備和半導體材料與國際企業存在差距我們了解了，那國內晶片製造企業與國際先進工藝差距多少？今天我們就來看看。

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國內晶片製造龍頭中芯國際官網近日刊登媒體文章透露，2019年第三季度已成功量產14nm FinFET，提前一年完成了國家賦予的重任，目前良品率已經達到95％；12nm工藝已開始客戶導入(官方稱比14nm功耗降低20％、性能提升10％、錯誤率降低20％)，下一代工藝的研發也已穩步開展。

看到這個消息，貌似挺振奮人心的，但其實我國晶片製造產業與國際先進水平依然存在較大的差距，當然國產替代空間也是非常大的。

7nm-28nm先進位程中 國內企業位於第二梯隊 差距明顯

全球晶片製造領域，目前居於行業領先地位的是三星和台積電。

它們當前已投產全球最先進的7nmEUV工藝，這領先中芯國際14nmFinFET工藝大約兩代，由於它們在晶片製造工藝的領先性，華為海思的先進晶片均採用台積電的7nm或7nmEUV工藝生產。

全球智慧型手機等高端產品的晶片均由先進工藝製造，效率更高，性能更好。

▲台積電與三星爭奪技術制高點

台積電成立於1987年，是全球首創專業集成電路製造服務公司，身為專業集成電路製造服務業的開創者和領頭羊，它在提供先進的晶圓製程技術與最佳的製造效率上已經享有很高的聲譽，自創始以來，就持續的以超高、超先進的技術給其客戶提供製造服務和TSMC COMPATIBLE設計服務。

它有200多種工藝製程，生產超過8800種不同的產品，被廣泛用於計算機產品、通信產品、消費類電子產品。

▲台積電先進位程

台積電的晶片製程已經從14nm發展到5nm，並將進入大規模的生產節點。

目前，台積電的5nm的良品率已經爬升到50%，按照此進度，預計台積電將在2020年第一季度就能投入大規模量產，初期月產能5萬片，隨後將逐步增加到7-8萬片。

第二陣營、中芯國際、聯電、格芯。

隨著中芯國際在2019年中投產14nmFinFET，中芯國際在先進工藝製程方面已與第二陣營的格芯、聯電處於同一水平，與台積電在中國大陸的南京工廠的製造工藝水平相當，代表著中國在晶片製造工藝製程方面取得了重大的進展。

第一梯隊台積電2018年就進入了7nm，2019年進入了7nmEUV，今年將進入5nm工藝，三星2019年實現7nm，英特爾還在10nm、第二梯隊中芯國際、聯電、格芯在14nm，差距還是很明顯的。

此外，聯電、格芯分別宣布暫停擱置7納米FinFET項目。

格芯表示暫停7納米項目在裁減相關人員的同時，一大部分頂尖技術人員將被部署到14/12納米FinFET衍生產品和其他差異化產品的工作上。

中芯國際在2019年從全球最先進的半導體生產設備商阿斯麥（ASML）購買了一台1．2億美元極紫外（EUV）光刻機，為研發7nm工藝做好充分的準備，而這筆交易受到美國的阻撓，暫時並未收到設備，這也將會耽誤中芯國際對台積電和三星先進工藝的追趕步伐。

7nm製程以下 台積電三星競相角逐

去年6月，台積電正式官宣6nm工藝，其採用EUV技術。

同時，該工藝預計在2020年第1季度進入試產階段。

在5nm製程方面，2018年6月，台積電宣布將投資250億美元研發5nm工藝，並在2019年3月進入了風險試產階段，預計將在2020年2月實現量產，目前已經拿到華為、蘋果訂單預約。

此外，台積電也早把3nm工藝的研發提上日程。

2019年7月，官方表示3nm製程正處於早期研發階段，其尺寸將比前一代縮小30%，預計將在2020年實現量產。

2019年6月，台積電宣布正式啟動2nm工藝研發，預計將於2024年投產。

三星電子也不甘落後，它在前段時間公布了最新的晶片代工計劃路線圖，其6nm、5nm和4nm工藝也將接踵而至。

台積電與三星競相角逐7nm以下工藝時，台積電目前已拿到5nm華為、蘋果訂單預約，5nm良品率已超過50%，而三星相對落後一些。

3nm以下 晶體結構將發生改變 國內獲突破

從Intel首發22nm FinFET工藝之後，全球主要的半導體廠商在22/16/14nm節點開始啟用FinFET鰭式電晶體，一直用到現在的7nm，未來5nm、4nm等節點也會使用FinFET電晶體，但由於製造難度越來越大，其中電晶體結構的限制至關重要，3nm及之後的節點就需要採用新的電晶體結構。

垂直納米環柵電晶體是集成電路3納米及以下技術代的主要候選器件，但其在提高器件性能和可製造性等方面面臨著眾多挑戰。

三星在2018年率先宣布3nm節點改用GAA環繞柵極電晶體。

根據官方所說，基於全新的GAA電晶體結構，三星通過使用納米片設備製造出了MBCFET（Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場效應管），該技術可以顯著增強電晶體性能，主要取代FinFET電晶體技術。

此外，MBCFET技術還能兼容現有的FinFET製造工藝的技術及設備，從而加速工藝開發及生產。

2019年12月初，來自中科院的消息稱，中國科學家研發了一種新型垂直納米環柵電晶體，它被視為2nm及以下工藝的主要技術候選，意義重大。

中科院微電子所先導中心朱慧瓏研究員及其課題組從2016年起針對相關基礎器件和關鍵工藝開展了系統研究，提出並實現了世界上首個具有自對準柵極的疊層垂直納米環柵電晶體（Vertical Sandwich Gate-All-Around FETs或VSAFETs），獲得多項中、美發明專利授權。

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總結來看，我國的晶片製造水平與國際先進工藝相比，差距還比較大，其中一方面原因在於晶片製造當中最關鍵設備光刻機受制於人。

參見之前關於光刻機的文章半導體設備國產替代趨勢下的弄潮兒（1）當國內上海微電子突破14nm工藝時，美國取消了對我國進口14nm光刻機的限制，使得中芯國際獲得了14nm工藝的訂單，而如今10nm工藝和7nm工藝依然為國內的技術瓶頸。

所以，要想我國晶片製造水平達到國際領先地位，還是需要我國在光刻機上下工夫，避免被關鍵設備「卡脖子」。