28納米工藝將在我國持續更長時間，中高聯合創新實現28nm量產

摘要：不久前，賽迪顧問發布了《中國IC 28納米工藝制程發展》白皮書，從白皮書中可以看到，28納米工藝將在中國持續更長時間，中芯國際一高通的“聯合創新”實現了28納米量產，使我國在十二五末順利完成了28納米量產攻關。由此啟發，當今電子業趨于開放、合作、共贏，因此這一“聯合創新”模式值得集成電路業內推廣。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/281883.htm

關鍵詞：28納米；集成電路；制造；工藝

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.10.007

不久前，賽迪顧問發布了《中國IC 28納米工藝制程發展》白皮書。白皮書指出，隨著28納米工藝技術的成熟，28納米工藝產品市場需求量呈現爆發式增長態勢：從2012年的91.3萬片到2014年的294.5萬片，年復合增長率高達79.6%，并且這種高增長態勢將持續到2017年。白皮書明確表示，28納米工藝將會在未來很長一段時間內作為高端主流的工藝節點。考慮到中國物聯網應用領域巨大的市場需求，28納米工藝技術預計在中國將持續更長時間，為6～7年。

具體來看，縱觀IC（集成電路）50年來的發展歷程，自發明以來所取得的成功和產品增值主要歸功于半導體制造技術的不斷進步。工藝技術持續快速發展（圖1），現有技術不斷改進，新技術不斷涌現，帶動了芯片集成度持續迅速提高，單位電路成本呈指數式降低。因此綜合技術和成本等各方面因素，28納米都將成為未來很長一段時間內的關鍵工藝節點。

從工藝角度，與40納米工藝相比，28納米柵密度更高、晶體管的速度提升了大約50%，而每次開關時的能耗則減小了50%。此外，目前28納米采用的是193納米的浸液式方法，當尺寸縮小到22/20納米時，傳統的光刻技術已無能為力，必須采用輔助的兩次圖形曝光技術（doublepatterning，簡稱為DP）。然而這樣會增加掩膜工藝次數，從而致使成本增加和工藝循環周期的擴大。這就造成了20/22納米無論從設計還是生產成本上一直無法實現很好的控制，其成本約為28納米工藝成本的1.5-2倍左右。

從市場需求角度，因為成本等綜合原因，14/16納米不會迅速成為主流工藝，因此，28納米工藝將會在未來很長一段時間內作為高端主流的工藝節點（圖2和表1）。

關于中國28納米工藝制程現狀，自45納米工藝技術于2011年被攻克之后，以中芯國際（SMIC）為代表的IC制造企業積極開展28納米工藝技術的研發。中芯國際的28納米生產制程經過幾百人研發團隊和近三年時間，于2013年底實現產品在上海試生產。2015年9月，中芯國際28納米工藝產品將基本上實現量產。首先量產的將是PolySiN工藝，下一步集中在HKMG工藝。

SMIC-高通進行了聯合創新

這次中芯國際的28納米成功量產，離不開Qualcomm（高通）的鼎力支持，雙方（Foundry與fabless廠商）的合作具有典型意義和示范作用。高通擁有眾多關于半導體工藝和設計的領先技術。作為雙方28納米制程工藝合作的一部分，高通為中芯國際提出實際的產品需求。這對幫助中芯國際利用、改進和完善其生產能力，打造出高良品率、高精確度的世界級商用產品至關重要。同時，協同技術創新也有利于中芯國際建立世界級的28納米工藝設計包（PDK），可以幫助高通以外的其它設計企業對中芯國際28納米工藝樹立信心。

賽迪顧問總裁李樹翀稱，今年是十二五計劃的收官之年，按照規劃，我國制造的領軍企業——中芯國際要完成28nm的量產項目。在2014年下半年，高通公司開始與中芯國際合作，幫助其在28納米上圓滿突破。

資料顯示，2014年高通與中芯國際宣布了將雙方的長期合作拓展至28納米晶圓制造。中芯國際藉此成為中國內地第一家在最先進工藝節點上生產高性能、低功耗手機處理器的晶圓代工企業。僅僅一年多時間，中芯國際28納米芯片組實現商用：而在2015年9月，中芯國際、國家集成電路產業投資基金股份有限公司和高通宣布達成向中芯長電半導體有限公司投資的意向并簽署投資意向書，投資總額為2.8億美元。如本輪擬進行的投資一旦完成，將幫助中芯長電加快中國第一條12英寸凸塊生產線的建設進度，從而擴大生產規模，提升先進制造能力，并完善中國整體芯片加工產業鏈。

從高通角度，業內人士普遍認為，其也將從“中高聯合創新模式”中獲得巨大裨益。與中芯國際深度合作，使高通增加了一個28納米生產合作伙伴，該模式也可幫助高通更接近中國市場客戶，更好地滿足中國市場及客戶的需求；而當下，中國物聯網市場也正孕育巨大市場機會，高通曾在多個場合強調其技術正試圖“拓展互聯網邊界”，業界認為與中芯國際等國內企業的合作，對于高通抓住和實現未來萬物互聯的機遇至關重要。

“聯合創新”模式值得推廣

中國集成電路產業需要模式創新。傳統IDM（集成器件制造商）模式（圖4）的高生產運營成本制約了技術創新，同時技術進步難度大，產能和市場難以匹配：與此同時，行業分工模式導致工藝對接難度加大，Foundry（晶圓代工廠）（圖5）的標準化工藝研發不利于滿足客戶特色需求，各Foundry廠工藝不統一增加了Fabless（IC設計公司）的適配難度，兩種模式均不能滿足中國集成電路行業的未來發展需求。

而IC設計公司和晶圓代工廠的“聯合創新”模式更值得推崇。聯合創新模式是一種分工基礎上的緊密合作，是一種產業結構上的虛擬再整合，有利于加快Foundry工藝進步速度，有助突破產業發展瓶頸，提高Fabless工藝適配能力，提升產品性能優化空間。

因此，“‘中高聯合創新’正推動中國28納米走向成熟，也開啟了IC產業發展新模式。”作為全球領先的無晶圓半導體廠商，高通是少數幾家能夠以規模化和技術資源支持半導體代工廠開發及成熟化領先制程工藝的廠商，并且高通秉承開放的胸懷，與中國代工廠真誠合作。

現在是一個開放、合作、共贏的時代，此前英特爾和紫光/展訊、瑞芯微合作，高通和華為、中芯國際合作共推14nm，IBM成立OpenPOWER基金會、在華建立POWER技術產業聯盟等，無不體現了這種理念。本土企業也應該抓住國家重視集成電路產業的時代機遇，與上下游合作伙伴甚至同業合作，提升技術水平和市場規模。

參考文獻：

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【2】鄭小龍，打造合作共贏面向世界的創新模式，電子產品世界，2015（4）：22

【3】王瑩，晶圓制造人才告急，校企聯動與在職培訓缺一不可，電子產品世界，2014（7）：18

【4】王瑩，上下聯動，促進IC產業跨越式發展，電子產品世界，2013（1）：28

【5】王瑩，上下游廠商看中國IC設計業特點，電子產品世界，王瑩2013（12）：28