中國當前的半導體材料產品多用于中低端設備，如發光二極管（LED）照明設備、面板等，目前國內半導體下游需求90％以上來自于LED照明行業。我國在基礎領域技術成熟，與國外差距不大，甚至某些技術趕超國外、領先全球。然而在高端芯片領域，國內外差距較大。從芯片設計、晶圓加工到封裝測試，我國產業鏈的各個環節均有不足之處，這就導致了終端產品性能無法和國外制備的芯片相匹敵。

 

　　本文將從制備工藝和檢測設備兩個方面，對國內外半導體產業現狀進行具體對比。

 

　　制備工藝差距導致最終產品無法實現小而精的要求

 

　　半導體行業具有較長的產業鏈，從上游的原料提純到單晶硅的制備再到下游的光刻和封裝，甚至到最后出廠前的測試，每一步都環環相扣，牽一發而動全身。這一套工藝流程必須保證每一步的產品具有高性能，才能保證最后的終端產品可用于高端電子裝備。我國在整條半導體芯片產業鏈中，最上游的原材料純度不夠、中游的高精密制備技術欠缺，從而導致下游產品無法達到國際水平。本節內容將詳細闡述晶圓制造產業中外延技術和光刻工藝兩大關鍵環節中我國的劣勢。

 

　　1．晶圓制造的外延設備有待提高

 

　　晶圓制造是指利用二氧化硅作為原材料制作單晶硅，需要熔煉爐、化學氣相沉積（CVD）設備、單晶爐和切片機等設備。晶圓制造的成品是單晶硅片或者單晶硅薄膜。

 

　　在單晶硅棒材的生產企業中，中芯國際、中環股份均是國內該領域的佼佼者。隨著我國國產電子設備市場的快速擴張，半導體行業下游對上游材料的需求量將持續增大，國內必須盡快擴大棒材的生產直徑。但是在生產設備方面，我國目前仍依賴進口，中環股份所用的單晶爐進口于德國，因為國外進口的熔爐可保證爐壁材料不會在單晶硅制備過程中釋放其他元素而導致單晶硅不純。

 

　　外延法是生長單晶硅薄膜的關鍵技術，也是晶圓制造的重要工藝之一。上游環節中單晶硅片的制備方面，國內外差距正在急劇縮小，而在外延技術方面，國內外半導體制備工藝卻在逐步拉開差距。此部分將針對晶圓制造中的外延技術進行國內外對比。

 

　　外延設備差距大——國產CVD設備的國內市場占有率低

 

　　國外生產設備壟斷全球

 

　　愛思強是德國化學沉積設備領域的領先企業，擁有氣相沉積晶體生長的先進技術，其產品是多種高端半導體產品的制備基礎。相較下美國半導體設備公司的優勢則在于物理氣相沉積設備、檢測設備、離子注入機等。就晶圓制備設備而言，排名第一的應用材料全球市占有率為19％左右，擁有12000項專利，每年的研發投入超過15億美元，而國內半導體設備龍頭企業北方華創的研發支出每年卻不到1億美元。

 

　　北方華創是中國的AMAT，正發力于縮小PVD設備的差距

 

　　北方華創是我國生產半導體設備的主要企業，其主導產品有CVD、PVD、刻蝕機、氧化爐等，均是我國進口價值比較高、技術難度較大的裝備。但北方華創在國內市場的占有率不足2％，這是因為我國半導體企業所用設備幾乎都從國外進口。在薄膜制備方面，我國PVD設備是國產化率進展較快的一類設備，正在努力縮小與發達國家的差距。

 

　　氣相沉積設備技術壁壘主要集中在溫度控制系統上

 

　　影響CVD工藝的參數較多，溫度是其關鍵參數之一。隨著圓片尺寸的增大以及對膜厚均勻性的要求越來越高，特別是新器件新工藝的發展，對控溫精度要求越來越高，許多工藝要求溫度上下浮動控制范圍不超過0．5°C。CVD工藝中氣流要求為層流，但有時會出現湍流或局部漩渦，從而引起局部溫度波動。基板加熱系統的設計也成為CVD設備研發的難題之一，樣品托板的選擇也要配合加熱系統。設備真空度是另一影響產品性能的關鍵點，各種鍍膜技術都需要一個特定的真空環境。