深圳大学微电子研究院院长王序进：半导体产业发展机遇与挑战

今日，深圳大学微电子研究院院长、半导体制造研究院院长王序进进行了以《半导体产业发展机遇与挑战》为题的演讲。通过回顾半导体行业和摩尔定律发展历史，展望未来先进封装发展机遇与挑战，并针对芯片领域「卡脖子」难题、半导体行业人才缺口、芯片制造重资产投资、车规级芯片等半导体行业痛点提出相应建议。

王序进院士

王序进院士提到了半导体产业链和芯片「荒」的问题。王院士指出，全世界的产能是足够的。当一年前频频谈论「芯片荒」的问题时，王序进院士就已经判断出其原因在于半导体供应链中有人在囤货。现在来看，芯片「荒」的主要的部分在于汽车芯片，其中最荒的要数 MCU 芯片。一年前，几块钱的 MCU 甚至炒了几百块钱，几十块钱炒了几千块钱，涨了 100 倍。

王序进院士介绍了芯片制造的典型工艺流程，单晶硅片的制造流程包含了，拉单晶、磨外圆、切片、倒角、磨削或研磨、CMP 等多个环节。晶圆制造的前道工艺包括：扩散、薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入等环节。王序进院士表示，以上所有的工艺都会牵涉到材料和设备，这也是中国的短板。目前中国的材料、设备的国产化率大概没有超过 20%，整体的晶圆制造国产化率也没有达到 20%。

摩尔定律已经在半导体产业中耳熟能详，在 1965 年的时候，英特尔的创始人之一摩尔先生当时提出的一个愿景，每隔 18～24 个月，晶体管集成度提高一倍、芯片性能提高一倍。王序进院士是在 90 年代开始的加入了半导体制造，当时半导体刻线的线宽进入了亚微米时代。

王序进院士打了一个形象的比喻，当线宽在一个微米以上的时候，线宽很粗，配线只需要一层，但是当线宽低于一个微米以下的时候，限制变多了，需要多层的配线。但是多层配线的问题在于，层数高低不平，当高度超过光刻机镜头的景深时，会出现成像就不准确的的问题，很多人但是断言：「光刻机不行了。」然而，1992 年，伟大的 IBM 把抛光工艺引入了半导体制造，解决了这个问题。

时间发展到 90 年代的后期，这时半导体又出现了一个问题。以前的配线都用的铝线，当线宽刻到 0.25 的时候会出现电阻增大、经常断线的问题。这时 IBM 再次提出了新的解决方案，提出了铜互连。

当半导体发展到 2000 年再次出现问题。由于线刻低于 65 纳米，线太窄、距离太薄，绝缘层开始漏电。原先的绝缘层都是以二氧化硅为主，但实际上最好的绝缘层是空气。这时材料发生了改进，把纳米孔打进二氧化硅也就是玻璃里面，里面的小纳米孔越多绝缘性越好，但是强度就越低。

从 90 年代开始后，电脑、平板电脑、手机等逐步出现，互联网开始发展，由于智能手机尺寸越来越小，需要的芯片也越来越小，从产品方面也进一步推动摩尔定律的发展。

当摩尔定律进入了几十纳米以下的时候，因为设备越来越贵，能够参与其中的玩家越来越少。王序进院士表示，目前真正能最大量产用的是浸润式光刻 DUV。其极限线宽达到 38nm，通过双重曝光多重曝光，可以把线刻的再细。

王序进院士介绍到，工艺制程在 45nm 以上的芯片确实有 45nm 的线宽，但低于 38nm 的芯片，其线宽是通过摩尔定律几十年线宽和集成度相关关系换算的结果。王序进院士说到，其实 28nm 以上，特别是 28nm 的芯片是性价比最好的芯片，28nm 以上的芯片可以满足我们全社会 90% 以上的需求。

28nm 以下的芯片存在最大的问题是——成本。每个节点成本基本高出 50%，但性能却并不如原来也能提高 50%，能够提高 10% 的性能就已经不错。王序进院士表示，虽然有人炒作甚至到零点几个纳米，其实摩尔定律已经到极限了。

有数据统计，开发一个 7nm 芯片需要花 2 亿美金；开发 5nm 芯片需要花 4 亿美金；开发一个 3nm 芯片需要花费 6 亿美金，性价比不好造成的客户越来越少。某公司高级副总裁曾披露一个信息：7nm 芯片的客户比 10 纳米少，5nm 芯片的客户比 7 纳米少，3nm 芯片大家都在打样，还没有真正的大客户。

王序进院士分享了近 30 年的半导体历程。80 年代时，最牛的前十位的公司几乎都在日本，但后来日本的公司越来越少。这其中的原因除了美国打压日本半导体之外，还有日本在技术路线上的选择犯了错误。

有句话叫做努力不如选择，一方面，日本由于工程师的原因在新一批工艺的采用上，落后了三个节点。另一方面，在设计方面，以前设计版图打印出来靠人眼睛看，日本人不相信机器，相信自己的眼睛。王序进院士分享了一个笑话：「到 0.5 微米线宽的节点的时候，日本某某公司（世界上最大的做存储器的公司），设计出来的芯片，打着版图打印出来放体育场里面看三个月。」而美国在 1 微米以上就开始布局 EDA 制图。所以日本在 EDA 上面没有建树。从这个经历中也可以看到，中国要发展半导体，一定要注意选择正确路径、正确的工艺、正确的发展。

半导体最新的数据显示，目前排名前十的企业都是国外的企业。因为受到终端需求的影响，头部的企业已经开始出现下行。马克思说的资本主义一定会出现周期性经济危机，每隔 8~12 年都会出现一次经济危机，每一次危机走出来就靠科技创新，靠新的产品。

王序进院士提到，半导体也存在硅循环，刚好是大经济周期的一半，大经济周期是 8~12 年，硅周期是 4~6 年。不巧的是，在 2022、2023 年时，大小周期同频了。王序进院士预测相较从前，这次如果要走出危机，可能需要更长的时间。虽然有电动车的需求，但是电动车的影响面还是不够，还不足以推动整个的芯片产业。

王序进院士分享到，海外的设备龙头企业一般是经过整合以后的集团大公司同时做好多个产品，但是中国除了北方华创算一个大设备龙头，剩下的大部分都是游击队——做一个、两个的单一产品。要避免这种游击队小规模，半导体设备需要整合。