原文:凌
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文本/陈格
如果说中兴通讯在美国制裁面前的失利给我们带来了一丝危机，贸易战让人们对一些高端科技产业的落后有了更清晰的觉醒和认知，那么美国对华为等相关公司的制裁以及他们顽强的战斗精神则彻底点燃了国民的热情。
敌人越不让你做，人就越害怕。
正是在这样的背景下，我们走通半导体产业链之路显得更为重要。我之前说过，所谓“国内大循环”最重要的其实是补短板。
形成国内大循环的关键环节是打通全产业链、全供应链，打通全产业链的核心是科技补短板。
作为芯片制造中的关键半导体设备，我们必须掌握自控的核心技术。随着近期中美摩擦加剧，华为芯片制造被美国“卡脖子”，建设半导体设备国家生产线势在必行。
在本文中，我们将讨论在中国建立完全本地化的半导体产业链的制约因素、可行性和现实意义。
芯片制造一般可以分为芯片设计、晶圆制造和封装测试三个步骤，其中使用了各种材料和设备。
比如华为HiSilicon负责芯片设计，SMIC负责晶圆制造，长江电子科技负责封装测试。总的来说，包装部分是整个产业链中含金量较低的部分，中国企业的包装技术一直走在世界前列。在设计部分，华为HiSilicon设计了像麒麟这样的芯片，能够与国际一线相匹配，最大程度上交付最新的半导体工艺性能，所以中国真正的短板是晶圆制造。
因此，本文主要讨论如何在晶圆制造步骤中建立国产生产线。
晶圆制造工艺可分为热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械抛光、清洗、正面测量等工艺流程。
这些过程不是以单一顺序执行的，而是根据要生产的芯片的特性选择性地重复。典型的晶圆制造需要6-8周，涵盖300多个工艺流程，有些工艺可能需要执行数百次。
工艺水平越复杂，这就是为什么铸造领域逐渐形成寡头垄断格局，需要更多的R&D投资和更多的技术设备费用。
1.硅晶片制造
半导体硅片是制造芯片的衬底。
目前上海硅业的12英寸硅片受到SMIC等企业的青睐，可以用28m工艺制造半导体芯片，基本满足目前的要求。
2.热处理
热处理主要包括氧化、扩散和退火工艺。氧化是在硅片表面形成氧化膜，高温热扩散是在硅衬底中掺杂杂质元素，退火是修复离子注入后硅片的晶格缺陷。
热处理设备主要有卧式炉、立式炉和快速加热炉。目前华北华创可生产14nm及以上工艺的热处理设备，唐毅半导体可满足5nm工艺要求，目前基本满足要求。
3.平版印刷术
光刻是晶圆制造的核心工艺，占整个晶圆加工成本的1/3。
光刻的工艺流程是先用涂胶机在硅片表面涂覆光刻胶，再用掩模对准器曝光硅片上的电路图形，再用显影机显影，去除不需要的光刻胶。
光刻机主要采用掩模对准器和胶显机。上海微电子是国内技术最先进的掩模对准器制造商，但目前只能量产90nm掩模对准器，与荷兰最先进的掩模对准器巨头ASML技术相差甚远。在涂胶显影机方面，鑫源微的涂胶设备可以满足28纳米工艺。
光罩对准器在没有突破中国半导体产业链的情况下，已经错过了一个重要的拼图。
但上海微电子设备有限公司披露，国内首款采用28nm技术的浸没式掩膜版对准器将于2021-2022年交付，任重道远。
4.蚀刻版画
蚀刻是从硅片表面选择性去除不必要材料的过程，硅片被光刻胶覆盖的部分将被保护不被蚀刻，而未覆盖的部分将被蚀刻掉。
北方华创的硅刻蚀机在14nm工艺上有了很大的进步，中微公司的第二代介质刻蚀设备在28-7nm后端工艺和10nm前端工艺上得到了广泛的应用。
蚀刻后，利用光刻胶去除设备去除表面残留的光刻胶。唐毅半导体的剥离设备已进入5纳米生产线。
可以说我们在蚀刻方面基本符合要求。
5.离子注入
在晶圆制造中，需要将杂质离子掺杂到特定的刻蚀硅片区域，形成PN结、电阻、欧姆接触等。离子注入是用带电粒子高速轰击硅片并注入硅衬底的方法。
叶晚企业子公司凯思通的离子注入机突破了3纳米工艺，主要参数优于国外同类产品。中电控股子公司北京中科新的12英寸离子注入机已经进入SMIC国际生产线，工艺覆盖28 mm，这部分我们基本满足要求。
6.薄膜沉积
绝缘薄膜、半导体薄膜和导电薄膜是芯片中的重要物质，薄膜沉积是形成各种薄膜最重要的方式。
薄膜沉积技术可分为三类:物理气相沉积、化学气相沉积和外延。PVD多用于沉积金属薄膜，CVD可用于沉积绝缘薄膜、半导体薄膜和导电膜，外延是在硅片表面生长单晶薄膜的过程。另外，ALD是CVD的一种，是目前最先进的薄膜沉积技术。
在这一领域，北方华创在28nm实现了对PVD、CVD、ALD的全覆盖，14nm也在客户认证过程中。沈阳拓景CVD和ALD的整体进展与北华创相似。我们暂时基本符合要求。
7.化学机械抛光
晶圆制造需要将硅片表面平面化，否则会严重影响芯片的结构和良率。
化学机械抛光将化学作用与机械作用相结合，使硅片表面材料在磨头的压力下与磨削液发生化学反应并抛光，最终使硅片表面平整。
华海Zero2IPO、中电45参与专项02——“28-14nm抛光设备、技术及配套材料产业化”。目前，华海Zero2IPO抛光机已进入SMIC 28nm生产线。
然而，随着摩尔定律接近极限，化学机械抛光的重要性越来越突出。目前，我们与国际顶尖水平还有一定差距。
8.清洁
几乎所有的工艺流程都需要清洗，占半导体工艺所有步骤的1/3，最多可达200次。清洗机是从硅片表面去除颗粒、有机物、金属杂质等污染物，获得所需洁净表面的工艺设备。
北方华创、梅生半导体、知春科技、鑫源威的清洗设备在国内均可替代，其中梅生半导体是国内唯一进入14nm生产线验证且基本符合条件的清洗设备厂商。
9.正面测量
晶圆制造中的前端测量可分为制程检测和晶圆检测。
该工艺检测设备可以在每次工艺后对晶圆进行无损检测和测量，确保关键工艺参数满足指标，保证芯片良率。
晶圆测试设备包括硅片测试设备和晶圆中间测试设备。硅片测试设备主要包括测厚仪、颗粒检测仪、硅片分选仪等；晶圆测试设备主要包括探针卡、探针台和测试仪。
赛腾股份收购日本Optima进入半导体测试设备领域，Optima客户包括三星、SK海力士、TSMC等。中科飞测、精测电子、瑞丽科学也取得相应突破，基本满足现有要求。
详见下图-
梳理一圈后可以说，要打造全国性的半导体产业链，晶圆制造中掩模对准器的差距最大，其次是CMP中的粘合剂显影机和抛光机有一定的差距。
从图中也可以看出，国内设备以28nm为主，虽然大部分14nm已经有了很大的突破，但大规模生产还需要1~2年的时间，更不用说7nm及以下的国际先进工艺也需要大量的时间、金钱、精力和人才来追赶。
总结这些设备和工艺后，整个铸造过程就完成了。
我们最先进的SMIC只能生产14纳米芯片，比TSMC还落后两代。详情请参考本文《陈格| SMIC与TSMC爱杀》。
相信看完这篇文章，你对整个国内半导体的情况有了更深的了解。
很多事情没有我们想象的那么糟糕，但也不是特别优秀。
目前我们国内的水平是半导体产业链的中游水平。打造一个28nm的产业链，除了一两个关键机器应该没问题。如果我们想与TSMC平起平坐，我们还有很长的路要走。通常最快的情况需要3~5年。
很多人说，不开心的时候拿回TSMC是不够的。且不说“复苏”的国际阻力，你有TSMC整体的晶圆代工技术，但在整个晶圆制造过程中，你大多没有7nm及以下的顶尖设备。
有了技术，就没有设备可买了。
想卡住你脖子的人也可以这么做。
因此，整个国内半导体产业链仍需负重前行，任重道远。
正如人们一再强调的那样，我们只能与时间赛跑:
要充分发挥新型举国体制优势，加强科技创新和技术攻关，强化关键环节、关键领域、关键产品保障能力。
国家努力加速我国顶级半导体产业链的国产化能力。
如果没有条件，就创造条件！
这是我们能够永生的核心精神。
我们都将是这个伟大时代的见证者，期待“中国芯”的到来。
