2纳米芯片成功破冰！中科院技术全球首创，14纳米生产线首次公开

从2018年末荷兰ASML光刻机公司工厂的一场火灾开始，中芯国际的光刻机进口之路开始波折起伏，其花费近8.2亿购买的一台EUV深紫外光刻机，是否会延迟交付我们不得而知。但经过一整年时间，荷兰出口EUV光刻机到中国的许可证由于到期，到现在也迟迟没有续期，导致EUV光刻机交付进一步推迟。而中芯国际制造7纳米芯片所用的关键设备，EUV光刻机则是重中之重，可以说没有这台EUV光刻机， 中国整个7纳米半导体的研发进程将会受阻。难道中国赶超美韩高精度、先进半导体芯片的脚步将会止步于此吗？

出品|国器

中芯国际14纳米芯片已经量产下一代制程工艺也在研发当中

根据中芯国际对外公开的财报显示，国内首条14纳米芯片生产线在上海已投入使用，中国14纳米级芯片已经突破量产，而能耗下降20% 、性能提高10%的12纳米级芯片订单已经开始导入，各种现象表示中芯国际已经开始了下一代芯片半导体的研发进程。在7纳米以上的光刻机，ASML公司一直向我国正常供应。目前ASML公司在中国的光刻机市场正在快速崛起，其占全球的市场份额约19%，超过美国16%的份额，可以说中国的光刻机市场是ASML公司不可忽视的，这些因素都关系着双方的未来。

不同纳米级的光刻机决定了芯片的制造精度其功能也受此影响

一根细丝千分之一的机内运行误差，数万个高精度部件，上千万行计算机代码共同构成了一个运行系统，这就是光刻机——被业内人士誉为半导体行业皇冠上的明珠。芯片制造中最为关键的一步就是光刻，其具体功能就是将设计师研发的芯片线路和功能区，通过光刻机的高精度运行，刻在一片圆形硅晶片面上，这些线路就是设计师所规划的芯片运行指令。所以不同纳米级的光刻机决定了不同精度芯片的制造。中国想要攻克7纳米级芯片，必须首先研发出7纳米级的EUV光刻机。

中国国内规模庞大的芯片生产依赖高精度的EUV光刻机

而目前中国拥有的光刻机精度仅能达到45纳米，就连28纳米级我们也正在研发当中，而EUV高精度光刻机的研发更上难上加难。荷兰ASML公司早在20年前就启动了EUV光刻技术的研发工作，而直到去年全球首款7纳米EUV光刻机才正式投入商用。属于第五代光刻机的EUV深紫外光刻机，放眼全球仅荷兰一家掌握制造工艺。目前中国芯片的制造已经逐渐走在各国前列，已经有超1.5万亿的投资落在12英寸的晶圆生产上，不仅如此中国高精度芯片的研发同样处于全球前列，所以对光刻机的需求也是迫在眉睫。

中国近日提前成功攻克了2纳米芯片研发制造的关键技术

就在全球处于7纳米芯片的进一步研发制造时，近日中科院成功攻克了2纳米级芯片所需的关键技术——垂直纳米环栅晶体管，为今后我国2纳米级半导体的研发提前打下了基础，堪称全球首创。从去年台积电攻克3纳米环栅晶体管开始，中国首次在高精度芯片的技术研发上走在世界前列。2纳米芯片的制造生产以及将于2024年投入，而此次2纳米关键技术的攻克破冰，称得上是意义重大。如果ASML公司的EUV光刻机能成功交付，相信中国的芯片研发制造定能走得更远。

黄昏时，中芯国际头顶一圈光晕，这似乎是个吉兆

30秒快读

1、先进制程的造芯工艺卡着中国公司的脖子，中芯国际作为国内唯一能够提供14纳米制程的晶圆代工企业，成为“最强备胎”，目前华为已有产品芯片转由中芯国际代工。

2、《IT时报》记者实地走访上海中芯国际，14nm芯片火热量产，7nm工艺研发多时，但碍于高端光刻机缺位，研发进展滞缓。但就像中芯国际头顶的光晕，二期产线火热建设，此次事件被认为是中芯国际“转正”的最好时机。

1999年，农田遍布的张江迎来一批特殊的拜访者，时任上海市长徐匡迪带着一群人来到这里考察，其中就有后来被称为“中国半导体教父”的张汝京。

尽管当时的张江阡陌纵横，但在张汝京眼里，这里是发展中国半导体事业的绝佳试验场，“世界芯片制造业的下一个中心将在上海。”

2000年，张汝京作为创始人的中芯国际落地张江，随后来自芯片行业的上下游企业集聚于此，包括芯片设计、光掩膜制造、封装测试、设备供应、气体供应等企业，中国的半导体产业真正在这片土地生根。

20年后，张江已成为中国的“硅谷” ；20年后，造芯却成为中国的心事，先进制程的制造工艺更成为遏制中国公司发展的卡脖子技术。

图源/中芯国际官网

5月15日，美国商务部下属负责出口管制的产业安全局（BIS）发布通知，称在美国境外为华为生产芯片的企业，只要使用了美国半导体生产设备，就需要申请许可证。这意味着，华为很可能不能再通过台积电量产自家海思设计的高阶芯片，而台积电是全球晶圆代工的顶尖企业，可以生产7nm（纳米），甚至5nm的高端芯片。

危机之下，中芯国际作为国内唯一能够提供14纳米制程的晶圆代工企业，成为“最强备胎”，目前华为已有产品芯片转由中芯国际代工。

近日，《IT时报》记者实地探访上海中芯国际，发现中芯南方厂区在火热量产14nm芯片的同时，也在抓紧建设二期产线；7nm工艺已研发多时，只是由于高端光刻机的缺位，研发进展不是很快。

01

“你看，这里一片火热”

和20年前相比，张江的变化翻天覆地，已从一个乡村小镇进阶为一座现代科学城：不仅交通发达，而且商业繁荣，充满着生活气息，这点与那些只有工厂、生活配套设施缺少的高新开发区很不一样。

5月19日，《IT时报》记者来到中芯国际，它同华虹宏力、日月光等“邻居”已和谐地融入到这座科学城中。目前，中芯国际已经开始量产14nm芯片，并拿到一笔来自华为海思14nm手机芯片的订单。

在14nm产线上工作的周豪（化名）告诉记者：“最近加班比较多，已经向客户供应了8万多批货了；产线上也在招人，比如普工、助理工程师。”由于晶圆厂自动化程度较高，周豪的工作简单且枯燥，只要把晶圆放置到设备上，其他的事交给设备即可。作为普工，他的底薪为3300元，算上加班费，每个月能挣七八千元。58同城上，一条中芯国际招聘信息显示普工月工资在5500~7500元。

相比产线上普工的工作，宋杰（化名）的工作显得高级些。在实验室工作的他，每天要做的是根据研发人员发来的Case做实验。“14nm产线设在中芯南方，去年下半年建成，今年开始量产；7~8nm的研发，也已经开展很久了。”宋杰说。

据了解，中芯南方由中芯国际、国家“大基金”（国家集成电路产业投资基金）以及上海市“地方基金”（上海市集成电路产业投资基金）以合资的方式成立，为一座12英寸晶圆厂，能满足14nm及以下先进技术节点的研发和量产计划，14nm技术也可用于主流移动平台、 汽车 、物联网及云计算。

宋杰还表示，受限于设备，中芯国际7~8nm的研发进展不是很快，做出来的成品没那么快，也没那么好，“同样一道工序，台积电只要一步就能完成，我们可能需要三四步”。高端光刻机的缺失，是其中最关键的问题，“除了光刻机，别的设备都能解决。”

早在3月，中芯国际对外公布已从荷兰ASML公司购入了相关光刻机设备，但并非是最新的EUV极紫外光刻机。

5月15日，国家集成电路基金二期和上海集成电路基金二期将分别向中芯南方注资15亿美元和7.5亿美元（合计约合160亿元人民币）。

这个消息的释放，把刚从疫情阴影里走出来的中芯南方设备供应商的热情重新点燃。一位冷却设备供应商很看好与中芯南方的合作，他们已和中芯南方签约了几千万元的生意。

“你看，这么多的工人、这么多的设备，一片火热！国家很重视芯片行业，中芯南方效益会越来越好！”他看着正在修建的中芯南方二期产线，语气间流露出兴奋之色。

据了解，在中芯国际上海厂区保留地块上，中芯南方将建设两条月产能均为3.5万片芯片的集成电路生产线（即SN1和SN2），生产技术水平以12英寸14纳米为主。记者从员工、驻厂设备商等多个信源获悉，中芯南方已完成一期建设，目前正在建设二期。

在中芯国际官网上，记者注意到，从今年年初到现在，中芯国际释放出的职位明显多于去年同期，特别是5月以来，增加了对生产运营类和业务支持类两种岗位的需求，大部分都接受应届生，比如生产线主管、设备工程师、工艺工程师、良率提升工程师、仓库管理员、助理工程师等。这或许是中芯南方14纳米新厂生产火热的一个注脚。

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华为的“危” 中芯国际的“机”

去年5月，华为被美国商务部列入“实体清单”，谷歌、伟创力、YouTube等美国本土公司对华为按下了暂停键，为此，华为通过“自研+去美化”的方式，开启多种自救模式。

经过一年时间的调整，华为在“自研+去美化”上步步为营：先是在谷歌服务停供前推出自研的 *** 作系统鸿蒙，其后在5G基站上不再使用美国零部件，再在Mate30、P40等高端机型上降低美国零部件含量，P40系列更是首次搭载HMS以替代谷歌GMS。

相比之下，新一轮的限制将是华为真正的至暗时刻。

和芯片设计不同，芯片生产的高投入不可能完全被一家公司所覆盖，就目前而言，大多数芯片制造商依赖于KLA、LAM和AMAT等美国企业生产的设备。

中芯国际3月披露的公告显示，其采购了美国公司LAM和AMAT的设备，且采购金额较大。除了中芯国际，包括台积电在内的全球众多晶圆代工厂都是这两家厂商的客户，他们在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、匀胶显影等领域技术领先，尤其先进制程设备，基本没有厂商可以替代这两家企业。

世纪证券一份研报显示，在半导体设备与材料方面，关键技术被欧美日垄断，LAM和AMAT这两家美国公司暂停供货影响显著，其中AMAT的产品几乎包括除光刻机之外的全部半导体前端设备。而荷兰的ASML是高端光刻机的全球第一，国内企业与其研发投入与技术实力差距甚远。

目前华为芯片制造主要依赖于台积电，美国限制升级，被解读为有可能迫使台积电对华为断供，导致华为无芯片可用。

尽管这种猜测还可能有多种变数，但华为已经启动B计划。

此前有媒体称，华为从去年下半年开始向中芯国际派驻工程师，帮助中芯国际解决其芯片生产过程中的技术问题。近期，华为已将中芯国际14nm工艺代工的麒麟710A芯片应用在荣耀Play 4T手机上。

中芯国际则被认为迎来最好时机。160亿元的大基金二期加码主要面向中芯国际14 纳米及以下先进制程研发和产能，目前14纳米产能已达6000 片/月，目标产能为每月3.5 万片。而中芯国际最新发布的2020 年一季报显示，一季度营收9.05亿美元，同比增长35.3%，环比增长7.8%。此外，中芯国际决定将2020 年资本开支从 32 亿美元上调至 43 亿美元，增加的资本开支主要用于对上海300mm晶圆厂以及成熟工艺生产线的投资。

03

“转正”的期待

然而，无论对华为还是中芯国际而言，依然有跨不过去的门槛。

与台积电相比，中芯国际的工艺相对落后。现阶段中芯国际的工艺还停留在14nm，这是台积电4年前的技术，而台积电7nm工艺已大范围普及，几乎是如今各品牌5G旗舰手机和主流芯片的标配。根据规划，台积电今年开始量产5nm，2022年开始3nm的规模量产，甚至已规划好2nm。

图源/台积电官网

据了解，此次美国限制升级前，华为海思已加速将芯片产品转至台积电的7nm和5nm，只将14nm产品分散到中芯国际投片。但如果120天之后，无法使用台积电的5nm工艺，华为的5G旗舰手机可能要面对工艺制程的竞争压力。

最新消息是，5月21日，台积电拿下了苹果5nm处理器的全部订单，下半年苹果的多款5G版iPhone处理器将采用5nm工艺，而华为此前发布的14nm制程的荣耀Play 4T手机只是千元出头的中低端手机。

产能也有较大差距。中芯国际目前14nm月产能仅2000 ~3000片，预计到年底扩大到1.5万片，但这无法满足华为的胃口。台积电2019年财报显示，华为为其一年贡献了近350亿新台币的营收。

更何况，中芯国际下一代制程何时能投产，才是“最强备胎”能否转正的关键。

今年2月举行的2019年四季度财报会议上，中芯国际联席CEO梁孟松首次公开了中芯国际N+1、N+2代FinFET工艺情况。相比于14nm，N+1工艺性能提升20％、功耗降低57％、逻辑面积缩小 63％、SoC面积缩小55％，这意味着除了性能，N+1其他指标均与7nm工艺相似，之后的N+2工艺性能和成本都更高一些。梁孟松表示，在当前的环境下，N+1、N+2代工艺都不会使用EUV工艺，等到设备就绪之后，N+2之后的工艺才会转向EUV光刻工艺。事实上，台积电也是在第三代7nm工艺才开始引入EUV。

对此，电子创新网CEO张国斌表示：“制程越小，工艺越高级，IC里的线宽越小，就需要更高级的光刻机；尽管EUV技术对7nm制程不是必需的，但EUV技术的注入能提高良品率，效果好。”

2019财报会议上，中芯国际表示N+1工艺的研发进程稳定，已进入客户导入及产品认证阶段。之前该公司表示去年底试产了N+1工艺，今年底会有限量产N+1工艺。

14nm量产后，N+1、N+2研发项目更加值得期待。张国斌：“只要中芯国际的N+1、N+2工艺能做出产品来，就能代替台积电为海思代工7nm芯片。”

中芯国际真正的考验将是7nm以下。

多位采访对象表示，7nm以下的制程少不了EUV技术，公开资料显示，台积电和三星的5nm芯片均采用了EUV技术。对此，中芯国际还未公开过是否有替代技术方案。

编辑／挨踢妹

排版／冯诚杰

图片／李玉洋 Pixabay 网络

来源／《IT时报》公众号vittimes

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