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专访神工股份董事长潘连胜:芯片国产补短板 晶圆良率是关键

2020-06-10 14:50
亿欧网
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近日,美国进一步收紧出口管制措施,限制华为使用美国技术和软件在海外设计和制造半导体。美国针对中国科技企业的打压,已经由单纯的下游芯片禁运,转移到中游晶圆代工管制,下一步则很可能上溯至国产率近乎为零的大尺寸晶圆。

晶圆,又称“硅片”,是芯片制造的基础材料。晶圆生产,是中国半导体产业链中与世界先进水平差距最大的领域之一。一直以来,我国大尺寸晶圆严重依赖进口。近年来,虽然国内大尺寸晶圆生产基地建设红红火火,但是良率爬坡却困难重重,正片出货量不尽人意。

神工股份(688233.SH)董事长潘连胜博士,曾长年参与日本东芝陶瓷8/12英寸晶圆项目。他用“三高”来概括进入该行业的壁垒----投资门槛高、技术壁垒高、市场门槛高。

当初回国创业时,潘博士曾希望直接投资生产晶圆。然而,当时国家集成电路“大基金”还未成立,晶圆厂初始资金投入数以亿计,十分高昂。面临资金紧缺的困难,他不得不先切入资金投入较少的“刻蚀用单晶硅”,徐图缓进。

2020年2月,神工股份成功登陆科创板,终于等来了资本的东风,其8英寸晶圆项目也终于由规划走向落地。近日,亿欧科创试图探寻如下问题的答案:大尺寸晶圆的国产替代,究竟“卡”在了哪里?神工股份的8英寸晶圆项目,进展如何?

大尺寸晶圆先行者

潘博士在半导体材料领域已经有超过二十年的从业经历,是国内少有的具备日本先进晶圆厂工作经验的技术专家之一。更为难得的是,他还亲身参与8/12英寸晶圆研发、生产、销售工作,这令其成为业内少有的全面型复合人才。

出身福建山村的潘博士,曾先后就读于北京航空学院(北京航空航天大学的前身)和哈尔滨工业大学。毕业后他深耕航空航天领域,参与过重要的设计研发工作。在信息闭塞、海外封锁的环境下,当时的设计研发工作,往往要根据境外书报杂志和航展宣传册上展示的欧美装备图片对其内部结构进行推测。童年生活之贫穷,科技发展之困窘,在潘博士心中埋下了“产业报国”的种子。

1993年,他被公派前往日本三和工机株式会社任设计工程师;一年后,进入早稻田大学攻读材料学博士。博士毕业后,他加入日本东芝陶瓷的半导体晶圆事业部,从此迈入半导体材料行业。凭借扎实的专业基础、严谨的学术精神和长期的勤奋努力,潘博士逐步成为行业中为数寥寥的来自中国大陆的领军人物。

东芝陶瓷株式会社(Toshiba Ceramics Co. Ltd.)是世界大尺寸半导体硅片的五大制造商之一,在日本的行业地位仅次于信越(ShinEtsu)和胜高(SUMCO),于2007年由管理层收购(MBO)更名为科跋凌材料公司(Covalent Materials Corporation)。

2018年全球半导体原材料各细分市场份额

2018年全球半导体原材料各细分市场份额

潘博士在东芝陶瓷和科跋凌材料先后担任过研究员和中国分公司总经理,经历了该公司研发、生产和销售8/12英寸晶圆的全过程。当时,中国厂商制造“中国芯”的热潮一浪接着一浪,但对至关重要的上游材料行业却鲜有涉足。

“当时我就意识到,即便中国能自主设计和制造芯片,美国及其盟友依然可以通过限制半导体材料出口的方式‘釜底抽薪’。如果连芯片制造所需的基础材料都不具备,我国的半导体产业谈何独立自主?晶圆必须尽早实现国产化替代。”潘博士告诉亿欧科创。

2012年,潘博士的“国产晶圆梦”契机出现了。由于全球半导体产业步入下行期,日本行业内众多技术人员面临降薪或失业。这为他回国创业创造了天时与人和。

潘博士在国内多地辗转寻找土地、人员和资本。最终,神工半导体于2013年在锦州成立。由于历史原因,这个名不见经传的东北小城拥有中国最早的石英玻璃和单晶硅生产基地,还有众多熟悉真空高温炉及硬脆材料加工工艺的技术工人,产业基础相当优越。

然而,晶圆行业投资门槛非常高,至少十亿元起。由于资金紧缺,潘博士当时根本无法直接建设晶圆厂,只能选择“曲线救国”----先研发生产“刻蚀用单晶硅”。这种产品对技术水平要求很高,国内厂商鲜有涉足,但优点在于初始资金投入相对较少、利润可观,还可以储备晶圆生产技术和工艺。

刻蚀用单晶硅,主要用于制造硅电极。在晶圆的刻蚀工序中,硅电极伴随着晶圆同步消耗,因此也需要达到半导体级纯度,且其尺寸必须大于晶圆尺寸。例如,要加工12英寸的晶圆,其对应的刻蚀用单晶硅材料尺寸一般大于14英寸,最大可以达到19英寸。

神工股份在“大尺寸单晶硅”的制造技术和工艺上,具备先发优势。其“无磁场大直径单晶硅制造技术”、“固液共存界面控制技术”、“热场尺寸优化工艺”等均已处于国际先进水平。

大尺寸晶圆的技术难度究竟有多高?

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