光刻機(jī)EUV，中芯國(guó)際在第三代7nm工藝時(shí)引入

美國(guó)商務(wù)部下屬負(fù)責(zé)出口管制的產(chǎn)業(yè)安全局(BIS)發(fā)布通知，稱在美國(guó)境外為華為生產(chǎn)芯片的企業(yè)，只要使用了美國(guó)半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備，就需要申請(qǐng)?jiān)S可證。這意味著，華為很可能不能再通過(guò)臺(tái)積電量產(chǎn)自家海思設(shè)計(jì)的高階芯片，而臺(tái)積電是全球晶圓代工的頂尖企業(yè)，可以生產(chǎn)7nm(納米)，甚至5nm的高端芯片。

危機(jī)之下，中芯國(guó)際作為國(guó)內(nèi)唯一能夠提供14納米制程的晶圓代工企業(yè)，成為“最強(qiáng)備胎”，目前華為已有產(chǎn)品芯片轉(zhuǎn)由中芯國(guó)際代工。

上海中芯國(guó)際，中芯南方廠區(qū)在火熱量產(chǎn)14nm芯片的同時(shí)，也在抓緊建設(shè)二期產(chǎn)線;7nm工藝已研發(fā)多時(shí)，只是由于高端光刻機(jī)的缺位，研發(fā)進(jìn)展不是很快。

中芯國(guó)際同華虹宏力、日月光等“鄰居”已和諧地融入到這座科學(xué)城中。目前，中芯國(guó)際已經(jīng)開始量產(chǎn)14nm芯片，并拿到一筆來(lái)自華為海思14nm手機(jī)芯片的訂單。

在14nm產(chǎn)線上工作的周豪(化名)告訴記者：“最近加班比較多，已經(jīng)向客戶供應(yīng)了8萬(wàn)多批貨了;產(chǎn)線上也在招人，比如普工、助理工程師?！庇捎诰A廠自動(dòng)化程度較高，周豪的工作簡(jiǎn)單且枯燥，只要把晶圓放置到設(shè)備上，其他的事交給設(shè)備即可。作為普工，他的底薪為3300元，算上加班費(fèi)，每個(gè)月能掙七八千元。58同城上，一條中芯國(guó)際招聘信息顯示普工月工資在5500~7500元。

相比產(chǎn)線上普工的工作，宋杰(化名)的工作顯得高級(jí)些。在實(shí)驗(yàn)室工作的他，每天要做的是根據(jù)研發(fā)人員發(fā)來(lái)的Case做實(shí)驗(yàn)?！?4nm產(chǎn)線設(shè)在中芯南方，去年下半年建成，今年開始量產(chǎn);7~8nm的研發(fā)，也已經(jīng)開展很久了?！彼谓苷f(shuō)。

據(jù)了解，中芯南方由中芯國(guó)際、國(guó)家“大基金”(國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金)以及上海市“地方基金”(上海市集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金)以合資的方式成立，為一座12英寸晶圓廠，能滿足14nm及以下先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的研發(fā)和量產(chǎn)計(jì)劃，14nm技術(shù)也可用于主流移動(dòng)平臺(tái)、汽車、物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算。

宋杰還表示，受限于設(shè)備，中芯國(guó)際7~8nm的研發(fā)進(jìn)展不是很快，做出來(lái)的成品沒那么快，也沒那么好，“同樣一道工序，臺(tái)積電只要一步就能完成，我們可能需要三四步”。高端光刻機(jī)的缺失，是其中最關(guān)鍵的問(wèn)題，“除了光刻機(jī)，別的設(shè)備都能解決?！?

早在3月，中芯國(guó)際對(duì)外公布已從荷蘭ASML公司購(gòu)入了相關(guān)光刻機(jī)設(shè)備，但并非是最新的EUV極紫外光刻機(jī)。

國(guó)家集成電路基金二期和上海集成電路基金二期將分別向中芯南方注資15億美元和7.5億美元(合計(jì)約合160億元人民幣)。

這個(gè)消息的釋放，把剛從疫情陰影里走出來(lái)的中芯南方設(shè)備供應(yīng)商的熱情重新點(diǎn)燃。一位冷卻設(shè)備供應(yīng)商很看好與中芯南方的合作，他們已和中芯南方簽約了幾千萬(wàn)元的生意。

“你看，這么多的工人、這么多的設(shè)備，一片火熱!國(guó)家很重視芯片行業(yè)，中芯南方效益會(huì)越來(lái)越好!”他看著正在修建的中芯南方二期產(chǎn)線，語(yǔ)氣間流露出興奮之色。

據(jù)了解，在中芯國(guó)際上海廠區(qū)保留地塊上，中芯南方將建設(shè)兩條月產(chǎn)能均為3.5萬(wàn)片芯片的集成電路生產(chǎn)線(即SN1和SN2)，生產(chǎn)技術(shù)水平以12英寸14納米為主。記者從員工、駐廠設(shè)備商等多個(gè)信源獲悉，中芯南方已完成一期建設(shè)，目前正在建設(shè)二期。

在中芯國(guó)際官網(wǎng)上，記者注意到，從今年年初到現(xiàn)在，中芯國(guó)際釋放出的職位明顯多于去年同期，特別是5月以來(lái)，增加了對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)類和業(yè)務(wù)支持類兩種崗位的需求，大部分都接受應(yīng)屆生，比如生產(chǎn)線主管、設(shè)備工程師、工藝工程師、良率提升工程師、倉(cāng)庫(kù)管理員、助理工程師等。這或許是中芯南方14納米新廠生產(chǎn)火熱的一個(gè)注腳。

華為的“?！?，中芯國(guó)際的“機(jī)”

去年5月，華為被美國(guó)商務(wù)部列入“實(shí)體清單”，谷歌、偉創(chuàng)力、YouTube等美國(guó)本土公司對(duì)華為按下了暫停鍵，為此，華為通過(guò)“自研+去美化”的方式，開啟多種自救模式。

經(jīng)過(guò)一年時(shí)間的調(diào)整，華為在“自研+去美化”上步步為營(yíng)：先是在谷歌服務(wù)停供前推出自研的操作系統(tǒng)鴻蒙，其后在5G基站上不再使用美國(guó)零部件，再在Mate30、P40等高端機(jī)型上降低美國(guó)零部件含量，P40系列更是首次搭載HMS以替代谷歌GMS。

相比之下，新一輪的限制將是華為真正的至暗時(shí)刻。

和芯片設(shè)計(jì)不同，芯片生產(chǎn)的高投入不可能完全被一家公司所覆蓋，就目前而言，大多數(shù)芯片制造商依賴于KLA、LAM和AMAT等美國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備。

中芯國(guó)際3月披露的公告顯示，其采購(gòu)了美國(guó)公司LAM和AMAT的設(shè)備，且采購(gòu)金額較大。除了中芯國(guó)際，包括臺(tái)積電在內(nèi)的全球眾多晶圓代工廠都是這兩家廠商的客戶，他們?cè)诔练e、刻蝕、離子注入、CMP、勻膠顯影等領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先，尤其先進(jìn)制程設(shè)備，基本沒有廠商可以替代這兩家企業(yè)。

世紀(jì)證券一份研報(bào)顯示，在半導(dǎo)體設(shè)備與材料方面，關(guān)鍵技術(shù)被歐美日壟斷，LAM和AMAT這兩家美國(guó)公司暫停供貨影響顯著，其中AMAT的產(chǎn)品幾乎包括除光刻機(jī)之外的全部半導(dǎo)體前端設(shè)備。而荷蘭的ASML是高端光刻機(jī)的全球第一，國(guó)內(nèi)企業(yè)與其研發(fā)投入與技術(shù)實(shí)力差距甚遠(yuǎn)。

目前華為芯片制造主要依賴于臺(tái)積電，美國(guó)限制升級(jí)，被解讀為有可能迫使臺(tái)積電對(duì)華為斷供，導(dǎo)致華為無(wú)芯片可用。

盡管這種猜測(cè)還可能有多種變數(shù)，但華為已經(jīng)啟動(dòng)B計(jì)劃。

此前有媒體稱，華為從去年下半年開始向中芯國(guó)際派駐工程師，幫助中芯國(guó)際解決其芯片生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題。近期，華為已將中芯國(guó)際14nm工藝代工的麒麟710A芯片應(yīng)用在榮耀Play 4T手機(jī)上。

中芯國(guó)際則被認(rèn)為迎來(lái)最好時(shí)機(jī)。160億元的大基金二期加碼主要面向中芯國(guó)際14 納米及以下先進(jìn)制程研發(fā)和產(chǎn)能，目前14納米產(chǎn)能已達(dá)6000 片/月，目標(biāo)產(chǎn)能為每月3.5 萬(wàn)片。而中芯國(guó)際最新發(fā)布的2020 年一季報(bào)顯示，一季度營(yíng)收9.05億美元，同比增長(zhǎng)35.3%，環(huán)比增長(zhǎng)7.8%。此外，中芯國(guó)際決定將2020 年資本開支從 32 億美元上調(diào)至 43 億美元，增加的資本開支主要用于對(duì)上海300mm晶圓廠以及成熟工藝生產(chǎn)線的投資。

“轉(zhuǎn)正”的期待

然而，無(wú)論對(duì)華為還是中芯國(guó)際而言，依然有跨不過(guò)去的門檻。

與臺(tái)積電相比，中芯國(guó)際的工藝相對(duì)落后。現(xiàn)階段中芯國(guó)際的工藝還停留在14nm，這是臺(tái)積電4年前的技術(shù)，而臺(tái)積電7nm工藝已大范圍普及，幾乎是如今各品牌5G旗艦手機(jī)和主流芯片的標(biāo)配。根據(jù)規(guī)劃，臺(tái)積電今年開始量產(chǎn)5nm，2022年開始3nm的規(guī)模量產(chǎn)，甚至已規(guī)劃好2nm。

據(jù)了解，此次美國(guó)限制升級(jí)前，華為海思已加速將芯片產(chǎn)品轉(zhuǎn)至臺(tái)積電的7nm和5nm，只將14nm產(chǎn)品分散到中芯國(guó)際投片。但如果120天之后，無(wú)法使用臺(tái)積電的5nm工藝，華為的5G旗艦手機(jī)可能要面對(duì)工藝制程的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

最新消息是，5月21日，臺(tái)積電拿下了蘋果5nm處理器的全部訂單，下半年蘋果的多款5G版iPhone處理器將采用5nm工藝，而華為此前發(fā)布的14nm制程的榮耀Play 4T手機(jī)只是千元出頭的中低端手機(jī)。

產(chǎn)能也有較大差距。中芯國(guó)際目前14nm月產(chǎn)能僅2000 ~3000片，預(yù)計(jì)到年底擴(kuò)大到1.5萬(wàn)片，但這無(wú)法滿足華為的胃口。臺(tái)積電2019年財(cái)報(bào)顯示，華為為其一年貢獻(xiàn)了近350億新臺(tái)幣的營(yíng)收。

更何況，中芯國(guó)際下一代制程何時(shí)能投產(chǎn)，才是“最強(qiáng)備胎”能否轉(zhuǎn)正的關(guān)鍵。

今年2月舉行的2019年四季度財(cái)報(bào)會(huì)議上，中芯國(guó)際聯(lián)席CEO梁孟松首次公開了中芯國(guó)際N+1、N+2代FinFET工藝情況。相比于14nm，N+1工藝性能提升20%、功耗降低57%、邏輯面積縮小 63%、SoC面積縮小55%，這意味著除了性能，N+1其他指標(biāo)均與7nm工藝相似，之后的N+2工藝性能和成本都更高一些。梁孟松表示，在當(dāng)前的環(huán)境下，N+1、N+2代工藝都不會(huì)使用EUV工藝，等到設(shè)備就緒之后，N+2之后的工藝才會(huì)轉(zhuǎn)向EUV光刻工藝。事實(shí)上，臺(tái)積電也是在第三代7nm工藝才開始引入EUV。

對(duì)此，電子創(chuàng)新網(wǎng)CEO張國(guó)斌表示：“制程越小，工藝越高級(jí)，IC里的線寬越小，就需要更高級(jí)的光刻機(jī);盡管EUV技術(shù)對(duì)7nm制程不是必需的，但EUV技術(shù)的注入能提高良品率，效果好?！?

2019財(cái)報(bào)會(huì)議上，中芯國(guó)際表示N+1工藝的研發(fā)進(jìn)程穩(wěn)定，已進(jìn)入客戶導(dǎo)入及產(chǎn)品認(rèn)證階段。之前該公司表示去年底試產(chǎn)了N+1工藝，今年底會(huì)有限量產(chǎn)N+1工藝。

14nm量產(chǎn)后，N+1、N+2研發(fā)項(xiàng)目更加值得期待。張國(guó)斌：“只要中芯國(guó)際的N+1、N+2工藝能做出產(chǎn)品來(lái)，就能代替臺(tái)積電為海思代工7nm芯片?！?

中芯國(guó)際真正的考驗(yàn)將是7nm以下。7nm以下的制程少不了EUV技術(shù)，公開資料顯示，臺(tái)積電和三星的5nm芯片均采用了EUV技術(shù)。