中国突破芯片技术垄断第一人:60岁回国创业写下芯片界传奇|专访

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中国突破芯片技术垄断第一人:60岁回国创业写下芯片界传奇|专访
麻省理工科技评论 2018-07-20

2018-07-20

半导体芯片“自主研发”已然成为中国科技产业发展的关键共识,但有一家半导体设备企业早从 14 年前就开始为中国科技产业研发实力积累埋头苦干,更在三年前因成功开发“等离子刻蚀机”而声名大噪,让美国商业部将该技术从“国家安全出口管制”名单中剔除,这是中国半导体技术研发史上的一大胜利,这份成就,来自于中微半导体。
芯片技术
半导体芯片“自主研发”已然成为中国科技产业发展的关键共识,但有一家半导体设备企业早从 14 年前就开始为中国科技产业研发实力积累埋头苦干,更在三年前因成功开发“等离子刻蚀机”而声名大噪,让美国商业部将该技术从“国家安全出口管制”名单中剔除,这是中国半导体技术研发史上的一大胜利,这份成就,来自于中微半导体。

半导体芯片“自主研发”已然成为中国科技产业发展的关键共识,但有一家半导体设备企业早从 14 年前就开始为中国科技产业研发实力积累埋头苦干,更在三年前因成功开发“等离子刻蚀机”而声名大噪,让美国商业部将该技术从“国家安全出口管制”名单中剔除,这是中国半导体技术研发史上的一大胜利,这份成就,来自于中微半导体。

中微半导体是国家集成电路产业基金(大基金)成立后投资的第一家公司。在 2017 年 1 月美国总统科技专家委员会(PCAST)发布的国情咨文“确保美国在半导体产业的长期领导地位”报告中,分析中国集成电路的芯片设计、制造、设备、材料和封装产业,在 32 页的报告里唯一提到的中国公司名字就是中微(AMEC)。



“国产设备界教父”尹志尧,创业史与“中国半导体之父”张汝京十分相似


身为中微半导体创办人之一,目前担任中微董事长的尹志尧博士在国产半导体设备界创业的过程,与中芯国际创办人张汝京有着非常相似的背景。

张汝京从美国德州仪器到台湾创立世大集成电路(WSMC),又到上海创立中芯国际。而尹志尧则是在 60 岁从美企应用材料退休后,到上海创立中微,更在过去 11 年里三次从国际大厂的轮番法律诉讼战中,成功全身而退,创下中国半导体发展史上传奇的一页。

DT 君日前独家采访尹志尧,即使对中国半导体设备技术的贡献成就卓越,他仍是一身谦逊儒雅的文人风范。

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图丨尹志尧(来源:DeepTech深科技)

在采访一开始,他“嘱咐”DT 君的第一句话不是别的,是希望这个采访不要着墨太多个人事迹,因为中微不是他一个人创立的,当初从美国回到中国的创业团队有 15 个人,至今都是公司重要骨干,包括全球业务副总朱新萍、资深副总杜志游、副总倪图强等,中微今日的成就,是所有人的共同努力。

尹志尧又强调,中微是从事产业技术发展和商业竞争的事,不希望提高到政治和战略的高度,做过分的渲染。

然而,如果读者知晓尹志尧的一生事迹,可以了解他的职涯、创业过程,为什么会是中国半导体产业发展过程中,无法忽略不提的的重要标竿之一。



半导体发展像举鼎,资金、人才、政策缺一不可


这几年芯片产业正在风口上,很多人说中国半导体发展已有很长时间,但今年是“起风”的一年。

尹志尧语重心长指出,中国半导体产业还非常弱小,最大矛盾是不对称竞争,中国企业的规模是外商大厂的十分之一到二十分之一,研发投入也只是外企的十分之一到二十分之一,在这种不对称的竞争势态下,如何能发展壮大?

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尹志尧形容,发展半导体芯片产业就象是支起一个鼎,鼎有三个腿:资金、人才和政策。只要三个腿坚强有力,而且均衡支撑,产业的鼎就会顺利顶起。近年来芯片投资蜂拥而至,看起来形势很好,但有三个严重的不平衡:资金一头大、人才严重不足、促进产业发展的政策需要进一步改进升级。

这一波资金聚集在芯片制造,占总投入资金 90% 以上,然设备和材料领域占芯片制造厂成本 80%,分得的投资占比却不到 5%,是严重不均衡。

根据 SEMI 统计,2017 年中国占全球半导体销售量 15%,排名全球第三,预计在 2019 年可攀升至全球第二,然而中国本土 IC 设备自制率却低于 5%,仍是在巨头间挣扎。

另一个问题是,几乎全部的资金投入都是股本金,但缺乏长期低息贷款和研发项目资助,单纯的股本金投入芯片生产线,是不能达到预期回报的。

在政策上,投融资政策、所得税、进出口、劳动法、产业链本土化、员工期权激励和 IPO 上市政策等都需要做适当的调整,很多相关政策都是从改革开放前期,为促进引进技术、来料加工而拟定的,现在应该要全面重新检视。

尹志尧强调,如果能迅速解决这三个不平衡,国内的半导体芯片产业就会高速、健康、均衡的发展。



半导体关键设备不只“光刻机”,7 纳米以下“等离子刻蚀机”需求量飞速成长


中微半导体是生产芯片过程中最关键的设备:等离子刻蚀机和化学薄膜设备的供应商。

观察半导体产业的演进,从上世纪 50 年代的 128K 的电子管计算机,到 80 年代 128K 的存储器件,再到 2015 年 128G Flash,人类微观加工的能力在面积上缩小 1 万亿倍,这个意思是,如果把今天的手机退回到 50 年前,相当于 200 万栋五层楼里充满了电子管。

微观加工能力实现的关键,来自于芯片制造过程中近十个关键程序,分别为扩散(Thermal process)、光刻(Litho)、等离子刻蚀(Etch)、化学气相薄膜(CVD)、物理溅射膜(PVD)、离子注入(Ion Implant)、化学机械抛光(CMP)、清洗等。分属于这些程序的设备为扩散炉、光刻机、等离子刻蚀机、化学气相沉积设备、物理溅射设备,离子注入机、化学抛光机和清洗机等。

一般人提到半导体设备,首先想到的是光刻机,仿佛有了光刻机,所有芯片制造问题都迎刃而解。然殊不知,芯片制造程序千百道又极度复杂,只有光刻机是无法完成生产一片晶圆的。

在芯片制造中,有三道最关键的程序分别为光刻、等离子刻蚀、化学气相沉积,在晶圆制造的过程中不断循环重复,衍伸出来的设备产值也最高。若论难度,光刻技术是设备技术障碍最高的,而等离子刻蚀的难度是来自于上千种工艺过程开发的难度。

半导体制程技术到了 14 纳米、 10 纳米的结构,需要走入二重模板(Double Patterning)曝光技术,因此对于刻蚀和薄膜的整合设计需求大量提升,才能符合更小线宽的要求,这样的趋势更让刻蚀机和化学薄膜的组合拳成为芯片制造过程中,更重要的关键步骤。

再者,2D NAND 转进 3D NAND 技术的产业演变,也让光刻技术的需求减少,反而是刻蚀和化学薄膜的需求量大增,使得这两项设备组合拳成为市场增长最快的产品,年增长超过 16%,其中,等离子刻蚀已占整个设备投资比重高达 22%,正式超过光刻机。



中国一座座平地而起的晶圆厂,让尹志尧不甘终生帮外企作嫁


谈起当年投身创立中微为中国半导体产业打造自主技术设备的历程,尹志尧认为进入一个产业,选对市场细分选项很重要,刻蚀机是处于高速成长的市场轨道上,年需求量已超过 70 亿美元,而到 2025 年预计达到 150 亿美元。把该市场做好,中微的成长性自然不断向上。

目前中微已经突破由美商应用材料、泛林研发(Lam Research)、日本 TEL 外商垄断的刻蚀机市场藩篱,挤入全球前五大供应商,打入众多国际大客户包括台积电、英特尔、联电、 GlobalFoundries 、中芯国际、华力、长江存储,博世和意法半导体等 40 条生产线。

尹志尧致力于物理化学反应器领域已有 50 年,在 1980 年到美国前,就在石油化工和中国科学院从事催化剂和反应器的研究和工业生产。在美国获得博士学位后,先后任职于英特尔、泛林研发、应用材料等国际半导体大厂。

14 年前,已从应材退休的尹志尧看着中国一座座平地而起的晶圆厂,内心不甘于一生所学都是“为人作嫁”,有感于亚洲半导体发展很快,中国变化更大,他们十几个人毅然决心回国,为正兴起的中国集成电路产业做出贡献。



小虾米对大鲸鱼,三次国际大厂专利大刀砍来都奇迹脱身


中微在中国半导体产业的传奇,不单是打破关键技术的垄断,其创业 14 年来,凭“小虾米”之姿,面对三次“大鲸鱼”的专利侵权诉讼大刀砍来,都奇迹似地从被动到主动,一直处于不败之地,也是一页传奇。

时间重回 2007 年,就在那年中微刚研发出来的刻蚀机,即将进入国际最先进的晶圆代工生产线时,他的老东家应材认为有窃密之嫌,因此在美国联邦法院提出诉讼。

为了证明自己的清白,中微聘请了美国一流的知识产权诉讼律师,花了两年半的时间,彻查了中微 600 多万件文件和 30 多人的电脑和文件,都没有找到关于应材的图纸,技术数据和商业机密,这个诉讼最终得到和解。

谈到这段历史,以及后来在网上的报导,尹志尧特别跟 DT 君强调,网上关于当年他和同事从美国回中国创业,被美国当局清查了电脑,没收了所有的 600 万件文件,是被渲染的不实报道,是把商业竞争不必要的提高到其他层面所产生的副作用。

在中微和应材的官司还没和解之前,另一个美国竞争对手:泛林研发又向中微发难。

泛林研发在 2009 年在台湾状告中微的专利侵权。尹志尧表示,公司创立时就研究过对方的专利,确认其专利无效的,即使对手的专利是有效,中微的设计是不一样的,也未侵犯其专利。

该官司只经过 8 个多月,中微就取得了一审的胜利,对方上诉四次都被法院驳回。而在此过程中,中微更掌握确凿的证据指出对方窃取中微高度机密的技术文件,并在上海法院提出告诉,最后取得诉讼的胜利。



第三起专利诉讼来得凶猛,一度让中微的产品遭禁运


看到这里,可以知道中微的创业过程,是一路被告到大的小孩。而接棒砍下第三刀侵权官司的,是 2017 年 LED 设备厂商 Veeco 在美国纽约地方法院告 MOCVD 石墨托盘供应厂商给中微提供的石墨托盘侵犯 Veeco 专利,而中微也立即采取反制行动,向中国专利局与其他国家专利主管机构诉请 Veeco 的专利无效进行反击。

但就在美国法院仍在审理 Veeco 专利是否有效、中微设计是否侵权时,美国方面就先宣布对石墨托盘出货禁令,让中微无法获得供货,由于石墨盘是一个消耗件,此一变化让使用中微 MOCVD 设备的 LED 客户几乎停产。

之后中微诉请 Veeco 的专利无效得到批准,且在福建法院状告 Veeco 托盘锁定的设计侵权,最后福建高等法院也对 Veeco 进口中国的 MOCVD 设备实施出货禁令,一连串的动作让 Veeco 不得不妥协,进而与中微进行和解谈判,除了撤销相关诉讼外,更进一步同意与中微共享石墨托盘专利。



仅 18 个月就取下国内 MOCVD 设备 70% 市占,国产设备的另一奇迹


讲到 MOCVD 设备的开发、量产到国内市占率横扫千军,是中微的另一个骄傲。

2009 年时,蓝光 LED 热潮袭卷全球市场,政府大量补贴 LED 公司,鼓励建立 LED 生产线,当时的 MOCVD 设备市场全掌握在美国 Veeco 和德国 Aixtron 两大外企之手。

在 2009 年到 2010 年之间,中国有高达 54 家的公司和研究所计划开发 MOCVD 设备,想要抢搭这一波热潮顺风车,其中至少 25 家已开始开发,但 7 年后,真正量产的只有中微一家。

从 2016 年起,中微用仅仅 18 个月的时间就在中国的 MOCVD 设备市场拿下 70% 以上市场,取代了原本由美、德设备长期掌控的产业,打下不可思议的胜仗!

奇迹是如何被创造的?尹志尧表示,我们用半导体最高水平的技术去做 MOCVD 机台,且这项产品和中微做过的 CVD 技术很类似,其他公司可以做出“样机”,但样机只是完成设备开发的 20 %。

三次深陷国际大厂侵权诉讼的中微,次次全身而退,步步越战越强,尹志尧强调重视知识财产权的重要性。



要做全球生意必须尊重各国法律,尊重知识产权


他早年任职于美商大企业,对待每一次的职业转换都非常严肃认真,绝对不携带任何资料到新公司,绝不侵犯任何专利,也这样要求所有加入中微的员工。他强调,集成电路是国际化产业,要进入这个产业必须要遵守中国,也要遵守美国的法律,才能做全球生意,如果违法而被制裁了,也不能将此无限上纲到政治层面。

尹志尧认为,中国人对集成电路是有一定天赋,只要努力一定做得成,但过程必须要非常尊重知识产权,产业发展几十年下来,很多前人的技术研发成果已在前方,后面加入的人不可能不借鉴前人,但必须尊重别人的智财权,绕道而行,或是付专利费。

从 2012 年开始,中微过去 6 年的每年营收成长率都保持 35% 上下,这两年的年营收增长更是超过 50%。对于中微未来的期许,尹志尧表示,希望在 2028 年达到营收 100 亿元,在规模上进入国际工艺设备公司的前五强企业。

尹志尧强调,集成电路是全球化产业,不可能把它变成任何单一国家独占的产业,且不可否认地,近几十年来芯片的技术开发和大生产,以及半导体设备产业都往亚洲延伸,中国的集成电路产业兴起,是继日本、韩国和台湾发展后必定要发生的,任何人也阻止不了这趋势。

如尹志尧所言,中国集成电路产业的起飞,是历史的必然,是任何力量也挡不住的趋势,但是,这是一个国际化产业,必须坚持开放的做法,千万不要像某些人那样关起门来搞,同时必须高度重视知识产权,才能保障产业的健康发展,唯有如此,中国的集成电路产业才能真正接轨国际,赶上世界先进水平。

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