來源:人民日報海外版
7月29日，2021全球快閃記憶體峰會在浙江省杭州市開幕。圖為觀眾在現場觀看刻蝕有國產儲存晶片的300毫米（12英寸）晶圓。 龍 巍攝（人民視覺）
江蘇省宿遷市積極實施專精特新“小巨人”企業培育計劃，引導中小企業加大科研投入，提升企業創新能力。圖為該市泗洪經濟開發區一家制造晶片企業的工人正在車間忙碌。 許昌亮攝（人民視覺）
凱美特氣電子特氣工廠外景。 凱美特氣供圖
在慕尼黑2020上海光博會上的展品。 凱美特氣供圖
神工股份單晶矽棒車間內景。 神工股份供圖
8英寸半導體矽拋光片產品。 神工股份供圖
“晶片短缺將導致汽車減產20萬輛”——國內某汽車行業巨頭一紙公告使汽車行業“缺芯”引發熱議。實際上，去年以來，多種複雜因素疊加導致的“缺芯潮”便席捲全球，波及手機、電腦、家電、汽車等眾多行業。關鍵原材料、核心裝置供應困難一時難以緩解，下游產業十分頭疼。
“不能把雞蛋放在同一個籃子”，分散供應商，讓不同國家和地區更多主體參與到這條產業鏈，才能更好抵禦風險——這是全球市場用高昂代價換來的教訓。在中國半導體產業奮力追趕的今天，有些“專業化、精細化、特色化、新穎化”企業，規模不大，也很少出現在鎂光燈下，卻在默默瞄準細分市場，綿綿用力打磨一類產品，成功進入全球半導體產業鏈，為穩定這個萬億級市場貢獻了“小巨人”力量。
補短板，把落下的課補上
“我們落下的課太多了。”神工股份董事長潘連勝感慨不已。他在半導體材料領域已經有20多年從業經歷，是國內少有的具備先進晶圓廠工作經驗的技術專家。
晶圓，又稱“矽片”，是晶片製造的基礎材料。“如果把製造晶片比喻成繡花，矽片就好比是繡花用的白布。”潘連勝給記者打了一個形象的比方。
然而，晶圓生產是中國半導體產業鏈中缺課最多的領域之一。投資門檻高、技術壁壘高、市場門檻高——潘連勝口中的“三高”是進軍這個行業的攔路虎。數年前，不少中國企業就已掀起製造晶片的熱潮，但對至關重要的上游材料，由於市場規模小，沒有受到足夠關注。“要補齊產業鏈，向世界貢獻更高質量產品，就得補上這門課。”潘連勝說。
2012年從海外歸來，潘連勝輾轉多地尋找土地、人員和資金。最終，神工股份於次年在遼寧錦州成立。由於歷史原因，這個東北小城擁有中國最早的單晶矽生產基地，還有眾多熟悉真空高溫爐及硬脆材料加工工藝的技術工人，產業基礎優越。
可是，晶圓行業投資門檻太高——10億元起步，哪有這麼多錢？他只好先從難度更低的“刻蝕用單晶矽”做起。刻蝕用單晶矽，是晶片製造的關鍵裝置——刻蝕機裝配的重要基礎材料，相比之下投資門檻較低。國內廠商鮮有涉足，利潤也較為可觀，與晶圓生產還有諸多共通之處。瞄準這個細分產品，潘連勝帶著團隊踏上了“補課”之路。
在記者與諸多從業者的談話中，“補課”是一個高頻詞，反覆出現在半導體產業鏈各個環節。
光刻是晶片製造的核心工序，這個環節就是把積體電路的“花樣”繡在矽片上。“光刻環節需要100多種電子級高純度工業氣體相互配合，每一種氣體都不可或缺，它們是半導體工業的‘血液’，國內有些企業花了數十年的時間不斷嘗試，還沒有攻克最初的容器清洗這一關。”凱美特氣董事長祝恩福說，“難度在於其對純度要求極高。”
高到啥程度？要求雜質含量濃度至少達到百萬分之一級。什麼概念？祝恩福打了個比方，這相當於在一個100米長、25米寬、2米深的游泳池中，不能有超過一枚硬幣大小的雜質。而雜質含量濃度每降低一個數量級，都將帶來工藝複雜程度的顯著提升。
2018年，這家從工業廢氣中提純食品級二氧化碳的企業，已是多家國際食品飲料公司的重要供應商。同年，公司作出決定，勇攀電子特種氣體這座新高峰，斥資2.3億元在湖南嶽陽建廠。
練內功，埋頭做好一件事
光刻環節要用到100多種氣體，從哪裡入手呢？“我們選了最難的一個課題——鐳射混配氣。”祝恩福說。
為啥它最難？純度只是一方面，更難的在於如何避免多種氣體共存時發生意外的化學反應，這對於操作精細程度的要求更高。“需要反覆試驗，不斷調整引數，從中積累經驗。”祝恩福說。
先後攻克容器清洗、氣體提純、氣體混配等關鍵課題，凱美特氣在歷經兩年艱苦技術攻關後，一系列產品於2020年陸續問市。技術團隊馬不停蹄將樣品資料送往國際大廠，採取平行併發方式啟動多個認證程式，抓緊時間儘早爭取入場券。
“我們在兩年的時間裡，走完了國際氣體巨頭們10年走過的路。”祝恩福語氣中難掩自豪。
秘訣何在？就在於強有力的研發團隊。這個團隊，是祝恩福花了5年時間，在國際產業高階論壇、行業展會中不斷奔波、搜尋、遊說，費盡周折才組建的。“當時有人勸我在國外投資建廠，有優惠政策也有成熟團隊，不用這麼費勁，但我堅持認為中國企業需要更多參與到半導體產業鏈中，也許眼下起不到太大作用，但未來重要性會凸顯。”如今，祝恩福的判斷正成為現實。
一個充滿幹勁的研發團隊，同樣是潘連勝的法寶。
神工股份最初的技術團隊是十幾個人，儘管都有從業經驗，但也面臨一些現實困難。機器裝置首先考驗了這個團隊。老廠房年深日久，裝置操控精度差，技術引數達不到要求。如果說國外同行用的是“超跑”，他們擁有的裝置就是“老爺車”。
“我們著手最佳化裝置，多次試驗，更換、新增感測器，改造關鍵零部件，讓這些裝置變得聽話、順手。”潘連勝說。
單晶矽製備，還要控制好尺寸。在晶圓刻蝕工序中，用單晶矽製造的矽電極伴隨晶圓同步消耗，需要其尺寸大於晶圓。例如，要加工12英寸的晶圓，對應的刻蝕用單晶矽材料尺寸一般至少要14英寸。而出於降低成本的考慮，當晶片製程從28奈米向7奈米甚至5奈米前進時，先進製程所採用的主流晶圓尺寸卻從8英寸向12英寸甚至更大尺寸增長，這也意味著刻蝕用單晶矽尺寸必須隨之增長。
經過數月埋頭探索、失敗、再探索，神工股份生產線上捷報頻傳：實現14英寸到19英寸量產，2020年5月還成功生長出直徑22英寸的高品質矽單晶體。
“公司產品良率及質量可以達到較高水準，所以受到國外客戶認可，競爭對手變成了合作伙伴。”潘連勝說。如今，神工股份大尺寸單晶矽材料年產量可觀，國際市場佔有率持續提升，成功進入國際先進半導體材料產業鏈體系，在相關細分領域形成了全球化優勢。
強優勢，瞄準前沿久久為功
在刻蝕用單晶矽市場取得成功的潘連勝並不滿足。單晶矽生產積累的技術和經濟效益，讓轉向晶圓生產水到渠成，這也是神工股份一直以來的願望。
已有的“固液共存介面控制技術”和“熱場尺寸最佳化工藝”等技術，都能運用於晶圓製造。神工股份帶著這些寶貴的技術經驗向更險峻的高地挺進。只不過，相比從前對“大直徑”的追求，現在要向“低缺陷”“高良率”方向調整。
“良品率高低，決定了我們的發展前途。在材料行業的成功是很多工藝的無數個細節慢慢積澱出來的，需要人機結合反覆試錯積累，而不是‘燒錢’速成的。”潘連勝說。
在技術人員摸索下，透過重複性實驗和精細化品質管控措施，神工股份已成功研發在無磁場輔助下晶片用8英寸晶體（即晶圓基礎材料）的低缺陷生長技術，為下一階段研發和量產晶片用12 英寸低缺陷晶體打下良好基礎。
截至2021年上半年，神工股份擁有31項專利，其中多項技術處於國際先進水平，公司研發投入為1946萬元，同比增長268.5%，研發人員較上年同期增加17人。“未來會加強與同行的交流合作，加強產業協同，努力成為‘配套專家’，沿著‘專精特新’之路走下去。”潘連勝信心滿滿。
“獲評國家級專精特新‘小巨人’企業，是對我們的巨大鼓勵。”祝恩福對未來十分清醒，“我們和國際同行還有很大差距，總體而言還處在追趕階段。”他表示，未來會繼續加大研發投入，強化人才隊伍建設，潛心追求卓越品質，夯實技術護城河。
據悉，凱美特氣分期分批實施“電子特種氣體專案”，將完成25套電子特氣和混配氣體生產加工裝置的建設，向全方位的電子特氣領域延伸，形成業內具備較大影響力的專業電子特氣和混配氣體研發及生產加工基地，為擴大市場供給貢獻力量。
攻克一座座堡壘，填補一個個國內空白，在壯大中國半導體產業鏈的同時，吸引優質外資、高階人才、先進技術，實現更高水平對外開放，為國際半導體產業鏈增加一種選擇，增強市場抵禦風險能力——專注的中國半導體“小巨人”蘊藏著大能量。（本報記者 康 樸）
《 人民日報海外版 》（ 2021年12月17日 第 10 版）
