原標題：為半導體市場添一種選擇、減一分風險——中國“小巨人”進入全球產(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施專精特新“小巨人”企業(yè)培育計劃，引導中小企業(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英寸半導體硅拋光片產(chǎn)品。
神工股份供圖
“芯片短缺將導致汽車減產(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。實際上，去年以來，多種復雜因素疊加導致的“缺芯潮”便席卷全球，波及手機、電腦、家電、汽車等眾多行業(yè)。關鍵原材料、核心設備供應困難一時難以緩解，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，才能更好抵御風險——這是全球市場用高昂代價換來的教訓。在中國半導體產(chǎn)業(yè)奮力追趕的今天，有些“專業(yè)化、精細化、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，卻在默默瞄準細分市場，綿綿用力打磨一類產(chǎn)品，成功進入全球半導體產(chǎn)業(yè)鏈，為穩(wěn)定這個萬億級市場貢獻了“小巨人”力量。
補短板，把落下的課補上
“我們落下的課太多了。”神工股份董事長潘連勝感慨不已。他在半導體材料領域已經(jīng)有20多年從業(yè)經(jīng)歷，是國內(nèi)少有的具備先進晶圓廠工作經(jīng)驗的技術專家。
晶圓，又稱“硅片”，是芯片制造的基礎材料。“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)是中國半導體產(chǎn)業(yè)鏈中缺課最多的領域之一。投資門檻高、技術壁壘高、市場門檻高——潘連勝口中的“三高”是進軍這個行業(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，但對至關重要的上游材料，由于市場規(guī)模小，沒有受到足夠關注。“要補齊產(chǎn)業(yè)鏈，向世界貢獻更高質量產(chǎn)品，就得補上這門課。”潘連勝說。
2012年從海外歸來，潘連勝輾轉多地尋找土地、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工人，產(chǎn)業(yè)基礎優(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?？涛g用單晶硅，是芯片制造的關鍵設備——刻蝕機裝配的重要基礎材料，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。瞄準這個細分產(chǎn)品，潘連勝帶著團隊踏上了“補課”之路。
在記者與諸多從業(yè)者的談話中，“補課”是一個高頻詞，反復出現(xiàn)在半導體產(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。”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？要求雜質含量濃度至少達到百萬分之一級。什么概念？祝恩福打了個比方，這相當于在一個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。而雜質含量濃度每降低一個數(shù)量級，都將帶來工藝復雜程度的顯著提升。
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)生意外的化學反應，這對于操作精細程度的要求更高。“需要反復試驗，不斷調整參數(shù)，從中積累經(jīng)驗。”祝恩福說。
先后攻克容器清洗、氣體提純、氣體混配等關鍵課題，凱美特氣在歷經(jīng)兩年艱苦技術攻關后，一系列產(chǎn)品于2020年陸續(xù)問市。技術團隊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？就在于強有力的研發(fā)團隊。這個團隊，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，費盡周折才組建的。“當時有人勸我在國外投資建廠，有優(yōu)惠政策也有成熟團隊，不用這么費勁，但我堅持認為中國企業(yè)需要更多參與到半導體產(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。
一個充滿干勁的研發(fā)團隊，同樣是潘連勝的法寶。
神工股份最初的技術團隊是十幾個人，盡管都有從業(yè)經(jīng)驗，但也面臨一些現(xiàn)實困難。機器設備首先考驗了這個團隊。老廠房年深日久，設備操控精度差，技術參數(shù)達不到要求。如果說國外同行用的是“超跑”，他們擁有的設備就是“老爺車”。
“我們著手優(yōu)化設備，多次試驗，更換、添加傳感器，改造關鍵零部件，讓這些設備變得聽話、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，當芯片制程從28納米向7納米甚至5納米前進時，先進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)線上捷報頻傳：實現(xiàn)14英寸到19英寸量產(chǎn)，2020年5月還成功生長出直徑22英寸的高品質硅單晶體。
“公司產(chǎn)品良率及質量可以達到較高水準，所以受到國外客戶認可，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，成功進入國際先進半導體材料產(chǎn)業(yè)鏈體系，在相關細分領域形成了全球化優(yōu)勢。
強優(yōu)勢，瞄準前沿久久為功
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)積累的技術和經(jīng)濟效益，讓轉向晶圓生產(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”和“熱場尺寸優(yōu)化工藝”等技術，都能運用于晶圓制造。神工股份帶著這些寶貴的技術經(jīng)驗向更險峻的高地挺進。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)個細節(jié)慢慢積淀出來的，需要人機結合反復試錯積累，而不是‘燒錢’速成的。”潘連勝說。
在技術人員摸索下，通過重復性實驗和精細化品質管控措施，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（即晶圓基礎材料）的低缺陷生長技術，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。
截至2021年上半年，神工股份擁有31項專利，其中多項技術處于國際先進水平，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。“未來會加強與同行的交流合作，加強產(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，強化人才隊伍建設，潛心追求卓越品質，夯實技術護城河。
據(jù)悉，凱美特氣分期分批實施“電子特種氣體項目”，將完成25套電子特氣和混配氣體生產(chǎn)加工裝置的建設，向全方位的電子特氣領域延伸，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，為擴大市場供給貢獻力量。
攻克一座座堡壘，填補一個個國內(nèi)空白，在壯大中國半導體產(chǎn)業(yè)鏈的同時，吸引優(yōu)質外資、高端人才、先進技術，實現(xiàn)更高水平對外開放，為國際半導體產(chǎn)業(yè)鏈增加一種選擇，增強市場抵御風險能力——專注的中國半導體“小巨人”蘊藏著大能量。
