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因?yàn)橹忻蕾Q(mào)易戰(zhàn)和華為事件，“***”這個(gè)原本只在IC工藝制造圈子里才知道的專業(yè)設(shè)備變得人盡皆知，成為卡脖子卡得最痛的那一環(huán)，至今先進(jìn)制程所需的EUV極紫外線***依然面臨美國(guó)的管制和禁運(yùn)。
不同于在***設(shè)備上巨大的差距，我國(guó)在同樣重要的刻蝕機(jī)上卻趕上了世界一流水平。上海中微半導(dǎo)體設(shè)備公司（以下簡(jiǎn)稱中微）開(kāi)發(fā)的5nm刻蝕機(jī)已經(jīng)用于臺(tái)積電的產(chǎn)線上，3nm樣機(jī)也已完成預(yù)研和試產(chǎn)。
這或許是迄今為止所有國(guó)產(chǎn)IC制造設(shè)備中唯一一個(gè)達(dá)到世界最高水平的。在我國(guó)IC工藝和設(shè)備整體處于弱勢(shì)的現(xiàn)實(shí)下，這不能不說(shuō)是一項(xiàng)令人矚目又振奮人心的成就，而背后的功臣即是本文故事的主角——中微創(chuàng)始人/董事長(zhǎng)尹志堯。
刻蝕：1粒米上刻1億個(gè)字
在講述尹志堯的故事之前，先認(rèn)識(shí)下刻蝕工藝到底是在干什么，然后才能真正理解尹志堯和中微的價(jià)值。
在IC前端制造工藝中，薄膜沉積、光刻、刻蝕是最重要的三道工藝，也是密不可分的三道工藝，依次的順序是：先在硅晶圓上沉積一層薄膜，接著用***將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到薄膜上，然后用刻蝕機(jī)將不需要的部分去除，最終在晶圓上形成所需要的圖案。
如上圖所示，刻蝕工藝可以在硅表面形成3D結(jié)構(gòu)?？涛g之所以重要是因?yàn)楫?dāng)晶體管尺寸縮小到20nm量級(jí)時(shí)，為了克服柵極對(duì)源極和漏極之間溝道電流控制力急劇下降的缺陷，晶體管的結(jié)構(gòu)從平面型轉(zhuǎn)向了3D立體型，即Fin-FET鰭式晶體管。到5nm尺寸，又轉(zhuǎn)向了結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的環(huán)繞柵極晶體管GAA。
晶體管結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，所需要的刻蝕次數(shù)就越多，對(duì)刻蝕工藝要求就越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，28nm 制程的刻蝕需要40道，到了14nm需要65道、7nm需要140道。進(jìn)入5nm之后，更是需要高達(dá)160多道刻蝕工序。另外，在NAND Flash存儲(chǔ)芯片由2D NAND轉(zhuǎn)向3D NAND，刻蝕工藝在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的占比從20%-25%上升到40%-50%。
因此，刻蝕工藝在IC前端制造中的重要性可見(jiàn)一斑。而中微的刻蝕機(jī)在國(guó)內(nèi)64層和128層3D NAND存儲(chǔ)芯片產(chǎn)線的市占率約在 34—35%。
從技術(shù)方案上看，刻蝕可分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩大類。芯片工藝制程在微米尺度時(shí)，還能使用濕法刻蝕，將硅片浸沒(méi)在溶液里，由溶液把需要去除的部分腐蝕掉。這種方式最大的缺陷就是會(huì)導(dǎo)致溝槽邊緣被腐蝕成圓弧形，溝槽的準(zhǔn)直度沒(méi)法保障，如下圖右所示。
芯片工藝制程進(jìn)入納米尺寸后，濕法刻蝕逐漸被淘汰，工藝升級(jí)為干法刻蝕，即用電場(chǎng)加速等離子體，高能等離子體轟擊晶圓表面，如同剃刀一般將晶圓上不需要的部分轟擊掉，形成規(guī)整的溝槽圖案。這種刻蝕設(shè)備也被稱作等離子體刻蝕機(jī)。
工藝制程進(jìn)展到幾個(gè)nm的量級(jí)，對(duì)等離子刻蝕機(jī)的要求是在極窄的寬度下，刻出極深的溝槽。中微最新一代等離子刻蝕機(jī)刻出溝槽的深度和寬度比達(dá)到60:1，其精度要求相當(dāng)于在1粒米的面積上清晰的刻出1億個(gè)漢字，其難度可想而知。明白了刻蝕是在干什么，就已經(jīng)知道尹志堯能帶領(lǐng)中微開(kāi)發(fā)出如此復(fù)雜的設(shè)備，必然是一位大牛。
留學(xué)美國(guó)，成為刻蝕設(shè)備之王
尹志堯1944年出生于北京，18歲考入中科大化學(xué)物理系，24歲被分配至蘭州煉油廠，34歲考入北大化學(xué)系讀碩士學(xué)位。1980年，已經(jīng)36歲的尹志堯在美國(guó)親戚的幫助下，來(lái)到加州大學(xué)洛杉嘰分校攻讀博士學(xué)位，花了三年半時(shí)間拿到物理化學(xué)博士學(xué)位，畢業(yè)后來(lái)到Intel的技術(shù)發(fā)展部門做電漿蝕刻研究工作。
1986年，Intel請(qǐng)尹志堯幫助泛林公司（Lam Research）測(cè)試介質(zhì)刻蝕機(jī)。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，尹志堯認(rèn)為L(zhǎng)am的刻蝕技術(shù)不成熟，寫了很多反饋意見(jiàn)給Lam。Lam看了尹志堯發(fā)過(guò)來(lái)的意見(jiàn)，認(rèn)為很有價(jià)值，于是把他拉到了Lam做刻蝕機(jī)。尹志堯用了5年時(shí)間大大提升了Lam刻蝕機(jī)的技術(shù)水平，把美國(guó)另一家半導(dǎo)體設(shè)備巨頭應(yīng)用材料公司（Applied Materials）打到第二的位置。
其實(shí)應(yīng)用材料一直都想挖尹志堯，但是苦于沒(méi)有機(jī)會(huì)。直到Lam公司內(nèi)部出現(xiàn)管理問(wèn)題，這才硬把尹大佬給挖了過(guò)來(lái)。之后尹志堯在應(yīng)用材料工作了13年，又把應(yīng)用材料帶回到全球刻蝕機(jī)第一的位置。
有一個(gè)很有意思的小插曲，當(dāng)尹志堯在Lam的時(shí)候，一家做電子產(chǎn)品生意的日企來(lái)跟Lam談刻蝕機(jī)的代理銷售合作。他們本來(lái)不會(huì)刻蝕技術(shù)，在Lam和尹志堯的幫助下，他們逐漸學(xué)會(huì)了怎么做刻蝕機(jī)。后來(lái)他們發(fā)展成了全球第六大刻蝕機(jī)企業(yè)，這家日企叫東京電子。
在全球刻蝕機(jī)領(lǐng)域，尹志堯已經(jīng)是無(wú)可爭(zhēng)辯的王者，先后領(lǐng)導(dǎo)三個(gè)巨頭企業(yè)的刻蝕機(jī)研發(fā)工作。回國(guó)前做到應(yīng)用材料公司副總裁，負(fù)責(zé)等離子體刻蝕機(jī)部門。另外，他還在硅谷發(fā)起成立了硅谷中國(guó)工程師協(xié)會(huì)，并擔(dān)任了協(xié)會(huì)前兩任主席。
歸國(guó)創(chuàng)業(yè)，填補(bǔ)空白
中國(guó)半導(dǎo)體事業(yè)在一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)步，更在期待著半導(dǎo)體精英人才回國(guó)。在刻蝕機(jī)領(lǐng)域舉足輕重的尹志堯最終回國(guó)也許是注定的，但還需要一個(gè)契機(jī)。
有一次，尹志堯代表應(yīng)用材料公司參加在上海舉辦的一個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備展，遇到了當(dāng)時(shí)上海經(jīng)貿(mào)委副主任、后來(lái)中芯國(guó)際董事長(zhǎng)江上舟。江上舟仔細(xì)觀看了應(yīng)用材料的刻蝕機(jī)設(shè)備后對(duì)尹志堯說(shuō)：“看來(lái)刻蝕機(jī)比原子彈還要復(fù)雜，外國(guó)人用它來(lái)卡住我們的脖子，我們自己能不能把它造出來(lái)？”
尹志堯當(dāng)時(shí)已年逾六旬，有些猶豫。江上舟接著說(shuō)“我是個(gè)癌癥病人，只剩下半條命，哪怕豁出這半條命，也要為國(guó)家造出***、刻蝕機(jī)來(lái)。我們一起干吧?！弊罱K，尹志堯被江上舟的熱誠(chéng)打動(dòng)，和另外14位刻蝕機(jī)方面的干將一起回國(guó)，創(chuàng)辦了上海中微。
長(zhǎng)期擔(dān)任美國(guó)企業(yè)高管，尹志堯?qū)γ绹?guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管制的嚴(yán)格有深刻的認(rèn)識(shí)?；貒?guó)前給所有工程師定下規(guī)矩，回去不帶USB硬盤，不帶PC電腦，不帶任何圖紙。由于國(guó)際上前幾代刻蝕機(jī)尹志堯幾乎都參與過(guò)，對(duì)國(guó)外刻蝕機(jī)太熟悉了，要設(shè)計(jì)國(guó)產(chǎn)刻蝕機(jī)相當(dāng)于完全打破自己以前的設(shè)計(jì)，做出全新差異化的設(shè)備。
經(jīng)過(guò)對(duì)3000多件相關(guān)專利仔細(xì)分析之后，尹志堯團(tuán)隊(duì)找到了突破口。等離子體刻蝕需要解決等離子源的問(wèn)題，尹志堯團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)新的概念，把甚高頻和低頻的交流射頻電流混在一起，全都加在電容耦合高能等離子體刻蝕機(jī)（CCP）的電容下電極，產(chǎn)生甚高頻去耦合的反應(yīng)離子，作為刻蝕工具。這種結(jié)構(gòu)是尹志堯團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)，過(guò)了三四年以后，國(guó)外公司也開(kāi)始跟進(jìn)這個(gè)方向。
尹志堯和團(tuán)隊(duì)花了3年時(shí)間，終于成功研發(fā)出能用于65nm至45nm的刻蝕機(jī)，開(kāi)始導(dǎo)入foundry廠產(chǎn)線開(kāi)始試用。
應(yīng)對(duì)訴訟，迫使美國(guó)取消出口管制
中微正要開(kāi)始產(chǎn)品的全面商業(yè)化銷售之際，不料，美國(guó)開(kāi)始了最擅長(zhǎng)的商業(yè)進(jìn)攻武器——法律訴訟。2007年10月，尹志堯的老東家應(yīng)用材料將中微告上了美國(guó)法庭，宣稱中微涉嫌盜用商業(yè)秘密、違反合同和不公平競(jìng)爭(zhēng)。
應(yīng)用材料認(rèn)為，尹志堯在辭去公司副總裁前一直管理等離子刻蝕團(tuán)隊(duì)，而中微副總裁陳愛(ài)華之前擔(dān)任應(yīng)用材料公司低壓化學(xué)沉積產(chǎn)品部經(jīng)理，熟悉相關(guān)專利。他們參閱過(guò)“大量敏感信息和商業(yè)機(jī)密”,“蓄意違反對(duì)應(yīng)用材料的多項(xiàng)義務(wù),向中微轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化了應(yīng)用材料的發(fā)明和商業(yè)秘密”。
熟悉的配方、熟悉的味道。在中微之前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有企業(yè)可以供應(yīng)中高端刻蝕機(jī)，所需設(shè)備全部依賴進(jìn)口。一旦中微的刻蝕機(jī)通過(guò)產(chǎn)線驗(yàn)證，勢(shì)必影響應(yīng)用材料等外國(guó)公司的銷售，而這正是應(yīng)用材料等國(guó)際巨頭不愿看到的。?
美國(guó)公司不知道的是，中微在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面早就做好了十分充足的準(zhǔn)備。自知清白的中微底氣十足，聘請(qǐng)了美國(guó)一流的律師沉著應(yīng)戰(zhàn)。據(jù)說(shuō)雙方律師徹查了600多萬(wàn)份文件，確認(rèn)中微完全沒(méi)有違反任何法律。最終在2010年1月，應(yīng)用材料和中微聯(lián)合宣布，雙方所有訴訟達(dá)成了和解，解決了所有未決爭(zhēng)議。
尹志堯在2020年的一次演講中提到，中微創(chuàng)立十幾年來(lái)與美國(guó)3家設(shè)備公司打了4場(chǎng)專利官司，其中3次是被美國(guó)設(shè)備公司起訴，1次是中微起訴美國(guó)公司。最終中微贏了2場(chǎng)，和解2場(chǎng)，無(wú)一敗績(jī)。
憑借雄厚的技術(shù)，中微陸續(xù)開(kāi)發(fā)出電容耦合高能等離子體刻蝕機(jī)（CCP）、電感耦合低能等離子體刻蝕機(jī)（ICP）、硅通孔刻蝕機(jī)（TSV）等三大刻蝕機(jī)產(chǎn)品，能夠刻蝕包括單晶硅、多晶硅、氧化物、氮化物、有機(jī)掩模、金屬互連線、通孔等幾乎所有場(chǎng)合需求。工藝制程也一代一代演進(jìn)，5nm刻蝕機(jī)進(jìn)入臺(tái)積電產(chǎn)線，3nm原型機(jī)完成設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試。
中微的崛起導(dǎo)致美國(guó)長(zhǎng)期對(duì)我國(guó)的刻蝕機(jī)出口管制失去意義。下圖是尹志堯一次演講中PPT的照片，其中引用2015年2月9日美國(guó)商業(yè)部工業(yè)安全局的一份聲明，其中說(shuō)到：在中國(guó)已有一家非美國(guó)的公司，事實(shí)上已有能力供應(yīng)足夠數(shù)量和同等質(zhì)量的刻蝕機(jī)，所以繼續(xù)現(xiàn)在的國(guó)家安全出口管制已達(dá)不到其目的了。
基于這份聲明，美國(guó)正式取消了等離子體刻蝕機(jī)對(duì)中國(guó)的出口管制，標(biāo)志著中國(guó)在刻蝕機(jī)設(shè)備上終于走到了世界一流水平。尹志堯和他帶領(lǐng)的中微厥功甚偉。
如今中微的業(yè)務(wù)不僅僅局限在刻蝕機(jī)，其開(kāi)發(fā)的有機(jī)金屬化合物氣相沉積設(shè)備MOCVD可用于LED、MiniLED、MicroLED外延片產(chǎn)線。2018年四季度，中微的MOCVD設(shè)備在國(guó)際氮化鎵基MOCVD市場(chǎng)占有率達(dá)到70%以上，客戶包括三安光電、璨揚(yáng)光電、華燦光電、乾照光電等LED芯片及功率器件制造商。
按照公司戰(zhàn)略，中微還將開(kāi)發(fā)邏輯芯片的薄膜沉積和測(cè)量設(shè)備，除光刻以外，IC制造最關(guān)鍵的幾大工藝——薄膜沉積、刻蝕、測(cè)量，中微產(chǎn)品線都將覆蓋，能更好的服務(wù)于國(guó)內(nèi)foundry廠。
協(xié)調(diào)人和錢：財(cái)散人聚
人們提到尹志堯往往都會(huì)說(shuō)他在刻蝕機(jī)國(guó)產(chǎn)化上的貢獻(xiàn)，這當(dāng)然是他身上最大的光環(huán)。但有關(guān)他的另外一些故事也許更能看出他更是一個(gè)有血有肉的、可愛(ài)的人。
在中微初創(chuàng)的2004年，尹志堯僅有江上舟從上?？苿?chuàng)投給他爭(zhēng)取的5000萬(wàn)和自籌的150萬(wàn)美元，很快就燒完了。那時(shí)國(guó)內(nèi)的集成電路投資環(huán)境與如今相去甚遠(yuǎn)。多家大型國(guó)企、民企、投資公司研究了中微的項(xiàng)目后都不肯投資。一來(lái)他們不了解半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)，二來(lái)半導(dǎo)體關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)投入巨大，整個(gè)市場(chǎng)已被美日少數(shù)幾家企業(yè)壟斷，他們不相信尹志堯能成功。
無(wú)奈之下，尹志堯只得前往美國(guó)硅谷融資，那里的許多風(fēng)投機(jī)構(gòu)看好這個(gè)華人創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)。在硅谷，中微完成了華登國(guó)際領(lǐng)投的3949萬(wàn)美元A輪融資。中微創(chuàng)立10年花了大致15個(gè)億在研發(fā)上，這些錢只相當(dāng)于尹志堯在美國(guó)公司所負(fù)責(zé)部門一年半的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。實(shí)際上在2014年集成電路大基金成立以前，國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投資是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，用當(dāng)時(shí)《財(cái)新周刊》一篇報(bào)道里的話來(lái)講，“每年的投入只夠修2公里地鐵”。
即使在經(jīng)費(fèi)一直緊張的創(chuàng)業(yè)期，尹志堯關(guān)于公司全員持股的想法一直沒(méi)有動(dòng)搖。公司剛一開(kāi)始，尹志堯就想好了，中微一定是一個(gè)全員持股的公司。尹志堯認(rèn)為資本進(jìn)入半導(dǎo)體公司肯定有價(jià)值，但公司價(jià)值不僅僅是資本創(chuàng)造的，特別是在科創(chuàng)企業(yè)，主要是靠由員工創(chuàng)新勞動(dòng)創(chuàng)造的。
因此，中微的管理層和員工拿公司股票都不需要用錢買，只要有勞動(dòng)創(chuàng)造，經(jīng)過(guò)一定評(píng)價(jià)機(jī)制就可以拿到公司股票。尹志堯稱之為“中微特色的社會(huì)主義集體所有制”。到中微上市時(shí)，公司700多名在職員工都擁有公司股份，都分享到了公司上市后的喜悅。
面對(duì)目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體弱勢(shì)的不利局面，尹志堯卻對(duì)我國(guó)的集成電路前景信心十足。原因是他認(rèn)為華人在美國(guó)集成電路的發(fā)展歷程中起了非常大的作用，也肯定能搞好自己國(guó)家的集成電路產(chǎn)業(yè)。1984年他剛進(jìn)入Intel研究中心開(kāi)發(fā)部工作，發(fā)現(xiàn)這個(gè)部門研究項(xiàng)目組組長(zhǎng)、經(jīng)理絕大部分都是華人，工藝集成部門幾位最主要的、能干的工程師人員多數(shù)也都是華人。
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)往東亞轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，華人將會(huì)在全世界的IC產(chǎn)業(yè)里扮演更多重要角色，而尹志堯就是這股浪潮中一朵閃亮的浪花。
最后一個(gè)小故事
60歲的尹志堯剛回國(guó)，有一次坐出租車，跟司機(jī)聊得起勁，快離開(kāi)時(shí)司機(jī)對(duì)他說(shuō)：“你看起來(lái)只有38歲！”尹志堯一聽(tīng)，爽朗地笑了，說(shuō)：“太好了，以后我就是38歲的人?！?/p>
審核編輯：符乾江
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