原標(biāo)題：為半導(dǎo)體市場添一種選擇、減一分風(fēng)險——中國“小巨人”進(jìn)入全球產(chǎn)業(yè)鏈

7月29日，2021全球閃存峰會在浙江省杭州市開幕。圖為觀眾在現(xiàn)場觀看刻蝕有國產(chǎn)存儲芯片的300毫米（12英寸）晶圓。

龍 巍攝（人民視覺）

江蘇省宿遷市積極實(shí)施專精特新“小巨人”企業(yè)培育計(jì)劃，引導(dǎo)中小企業(yè)加大科研投入，提升企業(yè)創(chuàng)新能力。圖為該市泗洪經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)一家制造芯片企業(yè)的工人正在車間忙碌。

許昌亮攝（人民視覺）

凱美特氣電子特氣工廠外景。

凱美特氣供圖

在慕尼黑2020上海光博會上的展品。

凱美特氣供圖

神工股份單晶硅棒車間內(nèi)景。

神工股份供圖

8英寸半導(dǎo)體硅拋光片產(chǎn)品。

神工股份供圖

“芯片短缺將導(dǎo)致汽車減產(chǎn)20萬輛”——國內(nèi)某汽車行業(yè)巨頭一紙公告使汽車行業(yè)“缺芯”引發(fā)熱議。實(shí)際上，去年以來，多種復(fù)雜因素疊加導(dǎo)致的“缺芯潮”便席卷全球，波及手機(jī)、電腦、家電、汽車等眾多行業(yè)。關(guān)鍵原材料、核心設(shè)備供應(yīng)困難一時難以緩解，下游產(chǎn)業(yè)十分頭疼。

“不能把雞蛋放在同一個籃子”，分散供應(yīng)商，讓不同國家和地區(qū)更多主體參與到這條產(chǎn)業(yè)鏈，才能更好抵御風(fēng)險——這是全球市場用高昂代價換來的教訓(xùn)。在中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)奮力追趕的今天，有些“專業(yè)化、精細(xì)化、特色化、新穎化”企業(yè)，規(guī)模不大，也很少出現(xiàn)在鎂光燈下，卻在默默瞄準(zhǔn)細(xì)分市場，綿綿用力打磨一類產(chǎn)品，成功進(jìn)入全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，為穩(wěn)定這個萬億級市場貢獻(xiàn)了“小巨人”力量。

補(bǔ)短板，把落下的課補(bǔ)上

“我們落下的課太多了。”神工股份董事長潘連勝感慨不已。他在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域已經(jīng)有20多年從業(yè)經(jīng)歷，是國內(nèi)少有的具備先進(jìn)晶圓廠工作經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)專家。

晶圓，又稱“硅片”，是芯片制造的基礎(chǔ)材料。“如果把制造芯片比喻成繡花，硅片就好比是繡花用的白布。”潘連勝給記者打了一個形象的比方。

然而，晶圓生產(chǎn)是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中缺課最多的領(lǐng)域之一。投資門檻高、技術(shù)壁壘高、市場門檻高——潘連勝口中的“三高”是進(jìn)軍這個行業(yè)的攔路虎。數(shù)年前，不少中國企業(yè)就已掀起制造芯片的熱潮，但對至關(guān)重要的上游材料，由于市場規(guī)模小，沒有受到足夠關(guān)注。“要補(bǔ)齊產(chǎn)業(yè)鏈，向世界貢獻(xiàn)更高質(zhì)量產(chǎn)品，就得補(bǔ)上這門課。”潘連勝說。

2012年從海外歸來，潘連勝輾轉(zhuǎn)多地尋找土地、人員和資金。最終，神工股份于次年在遼寧錦州成立。由于歷史原因，這個東北小城擁有中國最早的單晶硅生產(chǎn)基地，還有眾多熟悉真空高溫爐及硬脆材料加工工藝的技術(shù)工人，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)越。

可是，晶圓行業(yè)投資門檻太高——10億元起步，哪有這么多錢？他只好先從難度更低的“刻蝕用單晶硅”做起。刻蝕用單晶硅，是芯片制造的關(guān)鍵設(shè)備——刻蝕機(jī)裝配的重要基礎(chǔ)材料，相比之下投資門檻較低。國內(nèi)廠商鮮有涉足，利潤也較為可觀，與晶圓生產(chǎn)還有諸多共通之處。瞄準(zhǔn)這個細(xì)分產(chǎn)品，潘連勝帶著團(tuán)隊(duì)踏上了“補(bǔ)課”之路。

在記者與諸多從業(yè)者的談話中，“補(bǔ)課”是一個高頻詞，反復(fù)出現(xiàn)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)。

光刻是芯片制造的核心工序，這個環(huán)節(jié)就是把集成電路的“花樣”繡在硅片上。“光刻環(huán)節(jié)需要100多種電子級高純度工業(yè)氣體相互配合，每一種氣體都不可或缺，它們是半導(dǎo)體工業(yè)的‘血液’，國內(nèi)有些企業(yè)花了數(shù)十年的時間不斷嘗試，還沒有攻克最初的容器清洗這一關(guān)。”凱美特氣董事長祝恩福說，“難度在于其對純度要求極高。”

高到啥程度？要求雜質(zhì)含量濃度至少達(dá)到百萬分之一級。什么概念？祝恩福打了個比方，這相當(dāng)于在一個100米長、25米寬、2米深的游泳池中，不能有超過一枚硬幣大小的雜質(zhì)。而雜質(zhì)含量濃度每降低一個數(shù)量級，都將帶來工藝復(fù)雜程度的顯著提升。

2018年，這家從工業(yè)廢氣中提純食品級二氧化碳的企業(yè)，已是多家國際食品飲料公司的重要供應(yīng)商。同年，公司作出決定，勇攀電子特種氣體這座新高峰，斥資2.3億元在湖南岳陽建廠。

練內(nèi)功，埋頭做好一件事

光刻環(huán)節(jié)要用到100多種氣體，從哪里入手呢？“我們選了最難的一個課題——激光混配氣。”祝恩福說。

為啥它最難？純度只是一方面，更難的在于如何避免多種氣體共存時發(fā)生意外的化學(xué)反應(yīng)，這對于操作精細(xì)程度的要求更高。“需要反復(fù)試驗(yàn)，不斷調(diào)整參數(shù)，從中積累經(jīng)驗(yàn)。”祝恩福說。

先后攻克容器清洗、氣體提純、氣體混配等關(guān)鍵課題，凱美特氣在歷經(jīng)兩年艱苦技術(shù)攻關(guān)后，一系列產(chǎn)品于2020年陸續(xù)問市。技術(shù)團(tuán)隊(duì)馬不停蹄將樣品資料送往國際大廠，采取平行并發(fā)方式啟動多個認(rèn)證程序，抓緊時間盡早爭取入場券。

“我們在兩年的時間里，走完了國際氣體巨頭們10年走過的路。”祝恩福語氣中難掩自豪。

秘訣何在？就在于強(qiáng)有力的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。這個團(tuán)隊(duì)，是祝恩?；?年時間，在國際產(chǎn)業(yè)高端論壇、行業(yè)展會中不斷奔波、搜尋、游說，費(fèi)盡周折才組建的。“當(dāng)時有人勸我在國外投資建廠，有優(yōu)惠政策也有成熟團(tuán)隊(duì)，不用這么費(fèi)勁，但我堅(jiān)持認(rèn)為中國企業(yè)需要更多參與到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，也許眼下起不到太大作用，但未來重要性會凸顯。”如今，祝恩福的判斷正成為現(xiàn)實(shí)。

一個充滿干勁的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，同樣是潘連勝的法寶。

神工股份最初的技術(shù)團(tuán)隊(duì)是十幾個人，盡管都有從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，但也面臨一些現(xiàn)實(shí)困難。機(jī)器設(shè)備首先考驗(yàn)了這個團(tuán)隊(duì)。老廠房年深日久，設(shè)備操控精度差，技術(shù)參數(shù)達(dá)不到要求。如果說國外同行用的是“超跑”，他們擁有的設(shè)備就是“老爺車”。

“我們著手優(yōu)化設(shè)備，多次試驗(yàn)，更換、添加傳感器，改造關(guān)鍵零部件，讓這些設(shè)備變得聽話、順手。”潘連勝說。

單晶硅制備，還要控制好尺寸。在晶圓刻蝕工序中，用單晶硅制造的硅電極伴隨晶圓同步消耗，需要其尺寸大于晶圓。例如，要加工12英寸的晶圓，對應(yīng)的刻蝕用單晶硅材料尺寸一般至少要14英寸。而出于降低成本的考慮，當(dāng)芯片制程從28納米向7納米甚至5納米前進(jìn)時，先進(jìn)制程所采用的主流晶圓尺寸卻從8英寸向12英寸甚至更大尺寸增長，這也意味著刻蝕用單晶硅尺寸必須隨之增長。

經(jīng)過數(shù)月埋頭探索、失敗、再探索，神工股份生產(chǎn)線上捷報(bào)頻傳：實(shí)現(xiàn)14英寸到19英寸量產(chǎn)，2020年5月還成功生長出直徑22英寸的高品質(zhì)硅單晶體。

“公司產(chǎn)品良率及質(zhì)量可以達(dá)到較高水準(zhǔn)，所以受到國外客戶認(rèn)可，競爭對手變成了合作伙伴。”潘連勝說。如今，神工股份大尺寸單晶硅材料年產(chǎn)量可觀，國際市場占有率持續(xù)提升，成功進(jìn)入國際先進(jìn)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)鏈體系，在相關(guān)細(xì)分領(lǐng)域形成了全球化優(yōu)勢。

強(qiáng)優(yōu)勢，瞄準(zhǔn)前沿久久為功

在刻蝕用單晶硅市場取得成功的潘連勝并不滿足。單晶硅生產(chǎn)積累的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，讓轉(zhuǎn)向晶圓生產(chǎn)水到渠成，這也是神工股份一直以來的愿望。

已有的“固液共存界面控制技術(shù)”和“熱場尺寸優(yōu)化工藝”等技術(shù)，都能運(yùn)用于晶圓制造。神工股份帶著這些寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)向更險峻的高地挺進(jìn)。只不過，相比從前對“大直徑”的追求，現(xiàn)在要向“低缺陷”“高良率”方向調(diào)整。

“良品率高低，決定了我們的發(fā)展前途。在材料行業(yè)的成功是很多工藝的無數(shù)個細(xì)節(jié)慢慢積淀出來的，需要人機(jī)結(jié)合反復(fù)試錯積累，而不是‘燒錢’速成的。”潘連勝說。

在技術(shù)人員摸索下，通過重復(fù)性實(shí)驗(yàn)和精細(xì)化品質(zhì)管控措施，神工股份已成功研發(fā)在無磁場輔助下芯片用8英寸晶體（即晶圓基礎(chǔ)材料）的低缺陷生長技術(shù)，為下一階段研發(fā)和量產(chǎn)芯片用12 英寸低缺陷晶體打下良好基礎(chǔ)。

截至2021年上半年，神工股份擁有31項(xiàng)專利，其中多項(xiàng)技術(shù)處于國際先進(jìn)水平，公司研發(fā)投入為1946萬元，同比增長268.5%，研發(fā)人員較上年同期增加17人。“未來會加強(qiáng)與同行的交流合作，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同，努力成為‘配套專家’，沿著‘專精特新’之路走下去。”潘連勝信心滿滿。

“獲評國家級專精特新‘小巨人’企業(yè)，是對我們的巨大鼓勵。”祝恩福對未來十分清醒，“我們和國際同行還有很大差距，總體而言還處在追趕階段。”他表示，未來會繼續(xù)加大研發(fā)投入，強(qiáng)化人才隊(duì)伍建設(shè)，潛心追求卓越品質(zhì)，夯實(shí)技術(shù)護(hù)城河。

據(jù)悉，凱美特氣分期分批實(shí)施“電子特種氣體項(xiàng)目”，將完成25套電子特氣和混配氣體生產(chǎn)加工裝置的建設(shè)，向全方位的電子特氣領(lǐng)域延伸，形成業(yè)內(nèi)具備較大影響力的專業(yè)電子特氣和混配氣體研發(fā)及生產(chǎn)加工基地，為擴(kuò)大市場供給貢獻(xiàn)力量。

攻克一座座堡壘，填補(bǔ)一個個國內(nèi)空白，在壯大中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的同時，吸引優(yōu)質(zhì)外資、高端人才、先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高水平對外開放，為國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈增加一種選擇，增強(qiáng)市場抵御風(fēng)險能力——專注的中國半導(dǎo)體“小巨人”蘊(yùn)藏著大能量。