不吹上天,不扁入地


“刚刚,这位中国老人,突然回国,美国人彻底慌了!”


“是他,让中国半导体技术弯道超车,赶超美日!是他,让‘中国芯’实现中国制造,突破外企独霸!”


“中国再一次在核心领域突破技术‘无人区’,弯道超车,率先掌握 5 纳米半导体技术!”


尹志尧本人在回复科大微电子学院院长刘明院士时表示他已不堪其扰:希望媒体能够做到事实报道,不要夸大其词。
这与“与非态度”不谋而合,今天将和大家一起解读更真实的中微创始人——尹志尧。


在介绍今天的主人公以及他的企业之前,先来挑开部分读者的误解,这个误解源于网络上的一种声音:“当国外还在 10 纳米 7 纳米技术挣扎时,中微已开发出 5 纳米技术。”这段话不免让读者产生中国的半导体技术已经超越了欧美日的错误观念。


芯片刻蚀机不是光刻机


从上世纪 50 年代以来,人们通过微观加工技术,使芯片这种微观器件的面积缩小了一万亿倍。而在芯片量产工艺中涉及 50 多个科学,数千道工序,比如薄膜淀积、光刻、刻蚀、离子注入、CMP 等,刻蚀只是一种重要的一环。

 


图源:知乎


尹志尧在接受采访时指出,由于光刻机受限于波长的不利因素,其只能做 20 纳米至 17 纳米,14 纳米及以下的逻辑器件微观结构的加工将通过等离子体刻蚀和薄膜沉积的工艺组合——多重模板效应来实现。


由于刻蚀和光刻仅有一字之差,不了解集成电路制造的小伙伴们容易将其搞混,其实光刻机和刻蚀机是两种不同的设备。光刻机的工作原理是用光将掩膜版上的电路结构临时复制到硅片上。而刻蚀机的工作原理是按光刻机刻出的电路结构,在硅片上进行微观雕刻,刻出沟槽或接触孔。刻蚀利用显影后的光刻胶图形作为掩模,在衬底上腐蚀掉一定深度的薄膜物质,随后得到与光刻胶图形相同的集成电路图形。


按照刻蚀技术的不同,刻蚀机可以分为干刻、湿刻两种。湿刻一般借助化学液体进行刻蚀工作,而干刻不需要化学液体的参与,比如等离子体刻蚀就属于干法刻蚀的一种。知道了等离子刻蚀技术,那么等离子刻蚀机的概念就不难理解了,说白了它就是利用等离子体在晶圆表面进行芯片图形雕刻的一种工具。


中国为什么选择重金投入,发展三大芯片制作设备?


从上一章节我们了解到,晶圆制造工艺过程中需要用到上百种设备,比如扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜淀积设备、化学机械抛光剂、清洗机等,但其中占设备投资总额最大的,第一是光刻机(占 20%),第二是刻蚀机(占 18~19%),第三是薄膜淀积设备(占 15%),这三类设备占晶圆制造企业设备总投资的 50%以上。


再加上这三种设备的缺失会严重影响中国半导体行业的发展,因此,攻克这三类设备是我国半导体产业的“亟需”。


中国刻蚀机之父——尹志尧

 


图源:知网


在中国,半导体行业起步较晚,半导体设备制造行业更是被美国和日本等极少数发达国家垄断,作为制造大国、半导体使用量大国的中国,本土半导体生产市场却只占全球市场的 5%左右。在这样的大背景下尹志尧选择带着技术归国创业,这是为何?


1944 年,尹志尧出生在一个爱国世家,祖父是庚子赔款留学生,父亲是留日回国报效的电化学专家,中学时代就读于北京四中。


1967 年,大学本科毕业于中国科技大学化学物理系,先是被分配到兰州炼油厂,后转到中科院兰州物理化学所工作。


1978 年,选择了继续深造,考上了北京大学化学系。


1980 年,获得北大化学系硕士学位,随后在亲戚帮助下赴美留学。


1984 年,在加利福尼亚大学洛杉矶分校拿到了物理化学博士学位。


此后 20 年里,尹志尧一直在硅谷工作,先是进入英特尔工作,负责电浆刻蚀业务。而后他又先后到美国科林研发和全球最大的芯片设备生产企业美国应用材料工作。归国前,他已在全球最大的半导体设备公司——应用材料做到总公司副总裁,等离子体刻蚀事业群总经理,其领导和参与开发的刻蚀设备,几乎占到了全世界的一半。个人在半导体行业拥有 86 项美国专利和 200 多项各国专利,被誉为“硅谷最有成就的华人之一”。


2004 年,尹志尧放弃了美国百万美元的优厚待遇和早已习惯的西方生活,冲破美国政府的层层审查,在所有的工艺配方、设计图纸都被美国没收的情况下,选择归国创业,那一年他 60 岁。


是什么打动了他?


这归功于一次相遇,在一次国际半导体设备展上,时任上海市经济委员会副主任的江上舟,也是尹志尧北京四中的校友,他在仔细观看了美国应用材料地设备后对尹志尧说:“看来刻蚀机比原子弹还复杂,外国人用它来卡我们的脖子,我们能不能自己把它造出来?”面对突如其来的邀请,尹志尧陷入了任何人都会产生的犹豫之中,但江上舟的一句话激励了他,确切地说是激发出了他的爱国情愫:“我是个癌症病人,只剩下半条命,哪怕豁出命去,也要为国家造出刻蚀机。我们一起干吧!”


“给外国人做了这么多年嫁衣,是时候给祖国和人民做点贡献了。”这就是尹志尧给出的答案。


咬住国际先进水平不放松——中微

 


图源:中微官网


2004 年,尹志尧说服并带回了 18 位在硅谷主流半导体设备公司或研究机构工作多年的资深华裔工程师,他们中多数至少都有 17 年的工作经验,多的可能有 25~30 年的工作经验,并且他们的专业各不相同,有做机械设计的、有做电子工程的、有做软件的、还有做反应器技术的、工艺过程开发的、业务厂商管理的。


同年,尹志尧与其中的 15 位工程师一起创建了中微半导体设备有限公司(以下简称“中微”),主攻刻蚀机(包括电容性刻蚀设备、电感性刻蚀设备)和薄膜沉积设备,从此开启了中国半导体和芯片装备产业的新征程。


2019 年,在首批上市的科创板企业中,中微半导体设备(上海)股份有限公司以 170 倍的市盈率摘下首批科创板企业的“贵”冠,创出科创板新股发行估值纪录。此外,中微公司还是国家集成电路产业基金成立后投资的第一家公司,也是美国《确保美国在半导体产业的长期领导地位》国情咨文中唯一提及的中国公司。


但对于一家创业公司而言,从来没有什么一帆风顺,有的只是水到渠成。在不断地遇到问题、解决问题的过程中,这支 15 人的小团队也成长为 653 人的中型队伍(数据来自天眼查),在这 15 年间,中微和尹志尧都经历了些什么?与非网带你一起解锁。


资金方面

 


在美国应用材料,尹志尧所属的部门每年有 2 亿美元的研发经费。


而作为行业老大的美国应用材料,在过去 10 年中,平均每年的研发投入超过 10 亿美元。


归国创业时,上海市政府支持了 5000 万元的启动资金,另外他们还自筹了 150 万美金。


这点钱对于一个做半导体设备的公司而言简直是杯水车薪,因此解决资金问题,是公司能够正常运转的头号难题。


为了筹资,他跑遍所有可能注资的机构和企业,却没能拿回一分钱。当时国内的投资机构,对这种扔进去几十个亿可能连个响都听不到的行业,并不感兴趣。无奈,尹志尧只得前往美国硅谷融资,那里的许多风投机构看好这个华人创业团队。在硅谷,中微完成了华登国际领投的 3949 万美元 A 轮融资。


再后来的十多年,国内的基金和投资商逐渐地了解了这一行业,开始投资支持中微的发展。其中,在《国家集成电路产业发展推进纲要》发布后,中微成为了第一家“大基金”投资的企业。经过几轮的融资,再到科创板上市,中微注册资本达到 53486.224 万人民币,市值突破 350 亿元。占股前三的分别是上海创业投资有限公司(21.42%)、国家集成电路产业投资基金(20.74%)以及公司员工(20%左右)。


具体融资情况见下表:

 


信息源:天眼查


技术方面

 


图源:中微官网


中微副总裁兼中国区总经理曹炼生表示中微每年的研发支出差不多是 5000 万美金,即人民币 3 亿多,虽然从数量级上来说,这仅仅是美国应用材料 10 亿美元的二十分之一(占营收 20%),但对于中微来说算是巨大的压力,以 2017 年的 10 亿营收为例,研发支出占比营收 30%,远远高于美国应用材料。这是追赶要付出的代价,当然大量的研发投入也会带来相应的产出。


2007 年 6 月,首台 CCP 刻蚀设备产品研制成功,并运往国内客户。


2010 年 6 月,首台 TSV/MEMS/Dicing 刻蚀设备产品研制成功,并运往客户。


2011 年 11 月,中微 45 纳米介质刻蚀设备研制成功。


2012 年 11 月,首台 MOCVD 设备产品研制成功,并运往国内客户。


2013 年 12 月,中微 22 纳米介质刻蚀设备研制成功。


2016 年 1 月,中微 14 纳米介质刻蚀设备研制成功。


2016 年 2 月,首台 VOC 设备产品研制成功,并运往国内客户。


2016 年 6 月,首台第二代 MOCVD 设备产品研制成功,并运往国内客户。


2016 年 8 月,中微 7 纳米介质刻蚀设备研制成功。


2016 年 11 月,首台单反应台 ICP 刻蚀设备产品研制成功,并运往国内客户。


2017 年 4 月,首台双反应台 ICP 刻蚀设备产品研制成功。


2017 年 7 月,中微刻蚀设备进入国际先进 7 纳米生产线。


知识产权方面


在知识产权方面,尹志尧和他的团队是有远见卓识的,在美国启程之时未带一份工艺配方、设计图纸回国,这既是迫于美国政府搜查的无奈,也是为了避免今后的知识产权纠纷。同时他们深知知识产权的重要性,从创业以来,中微已经累积申请了包括国内外的 1200 多项专利,已授权数达 961 项。

 


信息源:中微官网


这些动作最后都被验证有效,中微的快速发展引起了国际社会及同业竞争对手的广泛关注,而美国的竞争对手更是虎视眈眈,对中微高度警惕。在过去的 10 多年里,美国应用材料、泛林半导体、维科三大半导体设备公司轮番对中微发起商业机密和专利侵权的法律诉讼,意图遏制中微的发展,但在这三次知识产权维权战役中,中微均以充分的准备和淡定的姿态,赢得了最后的胜利。


国内外刻蚀机行业分析

 


近年来,晶圆厂的建设带动了设备需求量的增长,根据 VLSI Research 统计,2018 年全球半导体设备系统及服务销售额为 811 亿美元,其中前五大半导体设备制造厂商,由于起步较早,凭借资金、技术、客户 资源、品牌等方面的优势,占据了全球半导体设备市场 65%的市场份额。

 


信息源:VLSI Research


需求市场带动供给市场的同时,也激发了投资热潮,据广证恒生在研报中预计:晶圆厂带来的设备投资额在 2017-2018 年为 220 亿美元,2019-2020 年为 880 亿美元,2021-2022 年为 1100 亿美元。


另有研究显示,2015 年 -2020 年五年间,中国半导体芯片产业的投资将高达 650 亿美元,其中,设备的投入高达 500 亿美元,这意味着在芯片生产线的建设中,中微所处的高端设备领域就要花掉总投资额七成以上。同时,这些年来,中国芯片制造设备 95%以上都依赖进口,包括刻蚀设备:全球刻蚀设备市场一直由应用材料、泛林半导体和东京电子三家公司主导。


中微的出现与技术突破,在一定程度上改善了我国刻蚀机单纯依靠进口的窘境。

 


信息源:2018《互联网周刊》&eNet 研究院选择排行


从国际贸易的角度来看,由于中微等离子体刻蚀机的成功研发和量产,美国商务部取消了等离子体刻蚀机对中国的出口控制,算是几十个“松脖子”计划成功的一小步。


从市场占有率看,中微公司在全球介质刻蚀设备市场中占有 2.5%的市场份额,在全球电容性刻蚀设备市场中占有 1.4%的市场份额。也就是说,虽然中微的部分技术水平和应用领域已达到国际同类产品的标准,并已应用于全球最先进的 7 纳米和 5 纳米生产线,但在销售体量上与美国、日本、荷兰等巨头企业相比,差距不小。


当然,国内也不止中微一家在从事集成电路装备的研发工作,另外还有中微、北微和金盛微纳等。只不过与中微相比,技术方面还需要进一步突破。

 


信息源:2018《互联网周刊》&eNet 研究院选择排行


中微的未来——“活下去”


如何活着?


尹志尧有着独特的见解:“要做就做世界第一,做中国第一也会让别人替代!”在技术不输于人的情况下,做到世界第一的首要问题就是提高市场占有率。


目前中微的主营产品包括以下三类:


第一类,等离子体刻蚀机[Primo D-RIE 以及 Primo AD-RIE],主要应用于半导体、IC 芯片制造;


第二类,TSV 硅通孔刻蚀机[Primo TSV],主要应用于半导体先进封装制造;


第三类,MOCVD 设备[Primo D-BLUE],是 LED 芯片生产的关键设备。

 


图源:中微官网


关于如何进一步突破上述市场占有率?尹志尧在接受《科创板日报》记者采访时表示:“对于中国本土的集成电路公司,中微的产品是比较容易进入的,中微的产品在国内的市场占有率也还不错。但进入国外市场不会像进入国内市场那么快,在国际市场,真正做到相当好的占有率,还需要一段时间努力”。


他认为:“刻蚀是一个慢工出细活的工作,精细的刻蚀会有几百种上千种不同的应用,每个应用都要花比较长的时间才能真正核准,作为客户来讲,真正完全新的设备,需要经过长期的验证,总的来讲,这些占有率会逐渐提高的”。


另一位中微的高管补充道:“中微之前只有电容性的刻蚀产品,但在过去两年中,中微又进一步推出了电感性的刻蚀,因此,会在原有的电容性刻蚀的客户的基础上,去跟客户谈电感性刻蚀的合作,这种拓展方式可以相对快速地提高市场占有率”。


写在最后


成功永远不是一蹴而就的,需要更多地投入与钻研,服务好每一个员工、每一位客户,然后静心等待,市场的馈赠不会迟到。