莫大康：特色工艺将成为中国半导体业的机遇

近期电子科技大学张波教授提出“特色工艺将成为中国半导体业的机遇”，由于有独特的见解，已引发业界的赞许。

特色工艺这个词有些“新”，但是经张波教授的解释，它原是摩尔定律的三个方向之一，英语叫“More Than Moore”，之前的译名为“超越摩尓定律”。

张波教授把“特色工艺”称为“非尺寸依赖”， 是指器件价值或者性能的提升，不完全靠尺寸缩小，而是通过功能的增加。

实际上定律延续50多年来，半导体业的驱动力有两个，一个是尺寸缩小，另一个是硅片直径增大，显然尺寸缩小起主要作用。

莫大康

由于定律有自身的局限性，在那个时代它只能预测到晶体管的密度要增加，成本可下降，实际上它无法揭示随之而来的功耗增大及晶体管的性能提高等。所以近期指出定律的另一个方向，”非尺寸依赖”具有指导意义。

为什么特色工艺成香饽饽  

全球半导体业在2000年时销售额达2000亿美元，至2013年，经过13年时间达到3000亿美元，然而仅用了4年时间，至2017年时己上升到4000亿美元，而2018年达到4700亿美元，非常可能在2020年时达到5000亿美元。它反映全球电子产品市场中硅含量的急速提升及价值链的体现。

但是从另一方面观察，由于定律不可避免的趋向物理极限，IC设计成本的急速飙升，全球能够继续追踪尺寸缩小的厂商数量越来越少，导致依赖工艺尺寸缩小的推动力减弱。所以半导体业界试图开辟另一个战场，所谓特色工艺其理在其中。

依业界的观点，特色工艺主要指模拟、RF、功率及MEMS，以及近期非常火热的2.5D、3D的堆叠封装等。在未来20年中它非常可能成为主要推动力之一。

按现在的认识，特色工艺可能集中于8英寸硅片，及少部分的12英寸硅片中，从工艺尺寸覆盖可能在28nm以上。显然这个分界线逐步在改变，在2000年时12英寸硅片刚兴起时，这个分界线是90nm。如今8英寸硅片逐步升级也己扩展到65nm。这一切取决于经济因素，因为升级8英寸设备要投资，以及90nm以下的光刻机需要重新购买，增加了成本。

如果采用8英寸硅片设备作特色工艺，有它的独特优势：1)，设备的折旧期已过，节省成本；2)，250nm-130nm工艺相对成熟稳定；3)，设备的软件升级较少受原厂控制等。

张波教授总结特色工艺具有市场分散，品种众多、与应用关系强，且无垄断企业等特点。

但是仔细罗列全球摸拟，RF，功率及MEMS等全球前十位厂商中，发现排在前列的都是历史悠久的资深老厂，如欧洲的NXP、Infineon及STMicron及日本的Sony、东芝、三菱、富士通、瑞萨、及美国的TI、Microsemi、及ON Semi等。其中许多厂商至今仍坚守8英寸，甚至6英寸硅片，但是有举足轻重的地位。

据SEMI 2015年数据，2016年全球8英寸硅片的市场份额，模拟占11%，分立器件14%，逻辑加微处理器21%，存储器占3%，代工占47%及MEMS加其它占4%。

另据SEMI 2016年数据，2017年全球晶圆产能为每月1790万片(8inch计)，其中8英寸产能为月产520万片，约占不到1/3，其中前十大8英寸厂的产能占总产能的54%。

特色工艺在中国  

据厦门半导体投资集团总经理王汇联的数据，2018年中国在建及规划Fab产线总共33条，包括21条12英寸线、11条8英寸线，其中特色工艺线16条、逻辑产线9条、存储产线8条。SEMI数据显示中国晶圆产能2019年占到全球16%，到2020年将增至20%。

其中的趋势是中芯国际，代工业的领头羊，除了在国家资金等支持下，开发14nm及以下逻辑制程工艺之外，积极扩充它的8英寸产能，包括天津，深圳，宁波，绍兴等地，而原本生存得很滋润的华虹，华润微电子，士兰等，却由8英寸延伸至12英寸，目的都是为了实现产品差异化，跨入特色工艺中。

实际上企业的决策才是最真实的反映，它们的感觉十分灵敏及深刻。那么多条特色工艺生产线的兴建，至少反映现阶段它可能适合于中国半导体业发展的需要。

因为从产业利益出发，现阶段由中芯国际，华力微积极跟踪14nm及以下逻辑制程，以及由长江存储做3D NAND闪存，合肥长鑫做19nmDRAM等都是很有必要，首先要解决“0”到“1”的突破问题，具备能力之后才逐步扩充产能。显然这段路十分崎岖，投资巨大及周期长，技术难度高，未来产品市场的竞争力将经受考验。

而绝大部分的中国半导体企业，它们首要任务是求生存，能实现盈利，所以让它们去追踪定律，或者尝试存储器的IDM模式量产是不客观的。所以它们纷纷转向选择特色工艺可能是必由之路。

分析中国半导体业在代工业中8英寸制程与全球的先进水平接近，有一定优势，但是在非逻辑制程中，如模拟、高压、MEMS、包括IDM模式的产品等方面可能差距较大。

另据张波教授的资料，采用特色工艺可能有助于提高国产化率。因为中国进口集成电路的均价只有7毛五，不足一美元。其中进口了大量每块价值达数百美元的高端CPU，同时也大量进口了不需要先进工艺的分立器件、电源管理IC、微控制器等。因此釆用特色工艺，国产替代的空间非常巨大。

显然在市场竞争中，对于中国半导体业发展不可能有一条“捷径”，做特色工艺是机遇与风险同在。因为对手都十分强大，经验丰富，而我们是“追赶者”，从先天性方面不存在优势，仅仅是由于市场机会多，产品分散，与应用结合强，而中国拥有全球最大的市场，具这样的优势地位有可能让我们从中分得一杯羹。

企业成功的要素取决于市场空间，技术能力及时机，关键要有一位强有力的CEO。

近期贸易战对于中国半导体业发展的影响不可小视，一个是电子产业链有部分外移出中国，另一个是美国的封锁持续加紧等，导致中国半导体业要维持年均增长率达20%可能有一定难度。不过事物有它的“两重性”，有时“坏事”也可能变成“好事”，如贸易战下促使部分人才加速回流，以及在外压力下能激发斗志，更加团结，有可能取得更大的成绩。

莫大康：浙江大学校友，求是缘半导体联盟顾问。亲历50年中国半导体产业发展历程的著名学者、行业评论家。