大陆晶圆先进工艺挑战尤甚 以 ”特色工艺“破发展困局
在工艺制程的演进方向上，半导体芯片公司的追求永无止境，目前高端处理器芯片、NAND Flash存储芯片和FPGA等均已走向16nm、14nm甚至更高级别的技术节点。不过，对大部分大陆厂商来说，在先进工艺节点挑战不小，但发展特色工艺是他们最大的竞争亮点。
中芯国际全球销售及市场资深副总裁许天燊
中芯国际全球销售及市场资深副总裁许天燊表示，对于16nm、14nm 和10nm的制程, 技术上的挑战在于，器件结构从传统的二维平面形晶体管发展成三维鳍型立体形晶体管，工艺上随之引进了一系列全新的关键技术，如多晶硅虚拟栅极平整化技术、低介电常数侧墙技术、三维源漏外延技术、自对准局域互联技术和后段双曝光金属互联技术等。
据记者了解，这些技术开发所需的设备和工艺研发本身就是挑战，而应对这种挑战一方面需要大量资金的投入，另一方面是要有强有力的研发团队，而最为重要的是持续不断的创新，只有创新才能不断战胜那些技术上的新挑战。
相对技术挑战而言，良率所面临的瓶颈来自于：工艺中的缺陷和纳米颗粒的检测技术，工艺及设备本身的稳定性和先进良率的分析测试手段。许天燊强调，为了应对这些挑战，首先要选好原材料，包括高质量的晶圆，高纯度的气体和化学原料源头上着手;其次是正确选择与1Xnm工艺相对应的制造设备和工艺条件;第三是选择高精度的在线缺陷和颗粒检测技术和设备;最后是持续不断的优化工艺条件，降低工艺的不稳定性，提高芯片电学参数的一致性，从而提高芯片的良率。
记者了解到，已成为大陆晶圆代工厂商普遍的布局策略，如中芯国际在大力发展28纳米和FinFET(鳍式场效应晶体管)先进工艺的同时继续投资特色工艺，如电源管理芯片、射频/无线技术、射频前端模组、CMOS图像传感器、微机械系统/传感器、嵌入式存储器、新型存储器等，这些特色工艺是未来物联网相关应用和市场需求的基石。
上海华力微电子有限公司副总裁舒奇
华力微电子同样注重先进工艺和特色工艺的平衡发展。其28纳米工艺去年已经成功流片，按照预先设定的节点，预计在今年年底或者明年年初就可以实现量产。而在特色工艺上，CIS技术平台便是华力微做强特色工艺的重要武器。“发展主流逻辑通用工艺，追赶先进制程，这是公司既定的策略。与此同时，华力微电子也在重视发展12英寸40nm、55nm节点的特色工艺。”上海华力微电子有限公司副总裁舒奇说。
虽然大陆晶圆代工厂商“双管齐下”不遗余力地追赶国际巨头，但是在先进工艺(FinFET)上与国际巨头的差距尚存。因此，短时间内特色工艺的重要性更加凸显出来。对大陆晶圆代工企业来讲，应对市场的策略是专注先进制程开发，同时在特色工艺上深耕细作，以确保在业界的竞争力。
华力微电子“55纳米CMOS图像传感器(CIS)工艺平台”是特色工艺典型的代表。舒奇指出：“我们是国内首次采用55纳米工艺技术制造CIS产品，目前仅有索尼和三星两家公司具有同样的技术。该项目现已成功量产达20万片，技术平台日趋成熟完善，有效填补了国内空白，也为中国半导体产业开辟了新领域。”
记者获悉，随着半导体制造工艺的不断发展，CIS已显示出强劲的发展势头，市场前景非常广阔。CIS因其固有的特点，诸如像元内放大、列并行结构、高集成度、采用单电源、低电压供电等，得到越来越广泛的认可，比如以前手机摄像头只有200万象素，随着CIS的应用已经发展到1600万-2300万像素，而且还在向前发展，出现了双镜头应用。特别是在汽车领域，随着无人驾驶技术的发展，需要用到更多高分辨率的CIS图像传感器，这给其带来了很大的市场机遇。
“国内市场对CIS的需求也非常大，除手机摄像头之外，各种公共场所对安保系统的需求越来越高。这使单芯片、低成本、低功耗和应用简便的CIS在保安监视系统有了广泛应用。”舒奇说坦言，在这种情况下，如果有企业能够提供独立自主且成熟可大规模生产的CIS工艺，无疑会大大增强国内芯片厂的竞争力。
在特色工艺上，CIS正朝着高灵敏度、高分辨率、高动态范围、集成化、数字化、智能化的“片上相机”解决方案发展，但想要开发先进的CIS工艺平台并不容易。
针对这一情况，舒奇表示，华力微55纳米CIS工艺的开发迎合了市场需求。该工艺以华力微具有自主知识产权的55纳米低功耗平台为基础，为了追求技术的先进性，华力微又开发了UTS产品，使该平台具有更高的集成度、工艺稳定性和更低的投入值，完全满足了国内外客户对于相关产品的设计要求，工艺条件的稳定性，质量控制及良品率都达到了国际同等高度。目前，华力微12英寸55纳米CIS产品已实现大量量产，成品率到97%以上，目前投片量近20万片。
“逻辑工艺产线很多厂家都在做，而特色工艺是差异化竞争的有力武器，各家有专长。在主线逻辑工艺上，台积电有传统优势，但在特色工艺节点，跟最先进的企业相比，我们的工艺也并不算落后，有些工艺甚至处于世界领先水平。”舒奇补充说。
除了利用特色工艺跟国际巨头避开竞争，大陆同行之间的产品布局也是尽量避开产线重复，各家都有自己的专长。比如CMOS传感器业务，华力微电子侧重在前端的CIS工艺，而武汉新芯侧重后端的背照式(BSI))工艺，这既避开二者之间的竞争，同时也是一种国家层面的分配策略。据介绍，武汉新芯的3D集成技术平台也处于行业领先的地位，采用晶圆级3D键合技术的背照式影像传感器(BSI)芯片和采用3D堆栈式技术的影像传感器的产品都已经量产。武汉新芯生产的200万-2300万像素的BSI CMOS(背照式影像传感器)出货量累计超过1.5亿颗。
总的来看，在先进工艺方面，大陆以中芯国际、华力微电子、武汉新芯为代表的晶圆代工企业已经开始走向28nm级别，并且中芯国际已经开始跟IMEC、高通、华为等国际巨头合作研发14nm等更为先进的工艺，武汉新芯直接开进3D NAND Flash工艺，直接参与国际竞争，这是一大历史性跨越。而在特色工艺环节，中芯国际、华力微电子和武汉新芯也各有特色，避开了与国际巨头的正面竞争，走出了各自的差异化道路。（责编：振鹏）
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