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劉源超?江濤

（中國半導體行業(yè)協(xié)會，北京  100089）

摘?要：隨著科技的飛速發(fā)展，半導體產(chǎn)業(yè)在我國經(jīng)濟中的地位日益重要。作為產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的一環(huán)，半導體第三方分析實驗室在近年來迅速崛起，為新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展注入強大動力。本文綜述了目前我國半導體產(chǎn)業(yè)面臨的良率難題、第三方實驗室的發(fā)展現(xiàn)狀以及其提供的相關(guān)服務(wù)與產(chǎn)品，并討論了第三方實驗室賦能新質(zhì)生產(chǎn)力的前提條件、路徑與方法，以期助力半導體產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)突破性發(fā)展，推動科技向新質(zhì)生產(chǎn)力的高質(zhì)量轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：新質(zhì)生產(chǎn)力；半導體產(chǎn)業(yè)；第三方分析實驗室

中圖分類號：TN3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2024）03-0011-02

2024年《政府工作報告》提出，要加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。集成電路行業(yè)作為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的尖兵，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心。我國集成電路產(chǎn)業(yè)近年來保持了快速增長，與之相匹配的生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)也高速成長。近年來，集成電路產(chǎn)業(yè)的第三方分析實驗室蓬勃發(fā)展，為技術(shù)壁壘高、制造工藝復(fù)雜的集成電路產(chǎn)業(yè)提供了重要支撐，賦能產(chǎn)業(yè)，助力創(chuàng)新，第三方分析實驗室在集成電路產(chǎn)業(yè)形成新質(zhì)生產(chǎn)力的過程中發(fā)揮了重要作用。

1半導體產(chǎn)業(yè)面臨良率難題

芯片研發(fā)越來越貴。一直以來，受摩爾定律驅(qū)動，集成電路產(chǎn)業(yè)持續(xù)投入大量資金，探索采用更加先進的工藝制程，追求將芯片的PPAC（Power、Performance、Area、Cost）做到最優(yōu)，不斷引入新的半導體材料、設(shè)備和工藝，導致芯片研發(fā)和制造的成本快速抬高。據(jù)Gartner統(tǒng)計，16nm/14nm芯片的平均IC設(shè)計成本約為8000萬美元，而7nm芯片需要2.71億美元。當前的半導體工藝正在從5nm向3nm、2nm工藝節(jié)點發(fā)展，未來的芯片研發(fā)和制造成本將會更加高昂。

缺陷成因越來越復(fù)雜。產(chǎn)出一顆芯片，設(shè)計、制造、封裝等各個環(huán)節(jié)，都可能出現(xiàn)問題，進而導致最終產(chǎn)品的失效。尤其是在芯片設(shè)計初期或采用新工藝的階段，由于對工藝參數(shù)、新材料的特性了解不足，會加大引入缺陷的風險，導致芯片良率低甚至投片失敗。特別是制造過程中，操作工藝、材料質(zhì)量、環(huán)境污染等種種因素，都在影響著芯片的良率。

良率控制越來越嚴。如何保持良率和提升良率，成為芯片企業(yè)的永恒話題和難題。有研究認為，對于大型邏輯晶圓廠來說，1%良率的提升有可能意味著約1.5億美金的利潤提升。為降低芯片研發(fā)和制造成本，芯片企業(yè)必須嚴格控制芯片制造的產(chǎn)品良率，良率越高，最終分攤到每一顆芯片的成本就越低，良率對企業(yè)運營是生死攸關(guān)的大事。

2 Fabless模式催生第三方實驗室的快速發(fā)展

在Fabless模式下，芯片設(shè)計企業(yè)通過晶圓制造的委外生產(chǎn)，將芯片制造環(huán)節(jié)外包，設(shè)計企業(yè)無需承擔晶圓制造產(chǎn)線建設(shè)、維護和升級的龐大資本支出，將有限的資源聚焦到設(shè)計環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了專業(yè)化高效運作，全球半導體設(shè)計業(yè)得以高速發(fā)展，企業(yè)數(shù)量快速增長。但Fabless模式也帶來了半導體產(chǎn)業(yè)鏈上下游知識的不對稱和溝通的困難，特別是在處理正常流程以外的事件時，比如故障的協(xié)同分析和定位處理，就需要第三方介入，用專業(yè)、中立、客觀的技術(shù)手段輔助解決問題。半導體第三方分析實驗室應(yīng)運而生。

如今，半導體第三方測試實驗室在全球已經(jīng)發(fā)展成了一個專業(yè)服務(wù)領(lǐng)域，得到了半導體行業(yè)的廣泛認可，產(chǎn)業(yè)茁壯成長。中國半導體第三方實驗室測試行業(yè)發(fā)展，和中國半導體產(chǎn)業(yè)一樣，經(jīng)歷了從無到有、進而形成專門的業(yè)務(wù)領(lǐng)域的過程，并保持了高速發(fā)展。

歐美在半導體第三方測試實驗室方面起步早，擁有一批綜合性的檢測實驗室，例如SGS、歐陸科技等。2000年開始，歐美、中國臺灣等地區(qū)的第三方檢測機構(gòu)開始進入中國大陸市場，引入第三方測試實驗室的商業(yè)模式，中國大陸第三方檢測機構(gòu)也加快了發(fā)展步伐，保持了良好的發(fā)展勢頭。

目前，半導體第三方檢測分析市場的不同機構(gòu)各有側(cè)重，比如，國資背景的科研院所檢測機構(gòu)依托自身長期的技術(shù)積累，在技術(shù)體系、檢測標準、重大項目等方面有力支撐了中國半導體產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，業(yè)績不俗；外資或民營資本背景的第三方檢測企業(yè)，比如勝科納米、閎康科技、宜特科技等頭部半導體檢測企業(yè)，則通過建設(shè)失效分析、材料分析以及可靠性分析在內(nèi)的硬件設(shè)備能力，加大研發(fā)投入，構(gòu)建和提升多元化分析能力，重塑了整體的市場格局。總體來看，這兩大類綜合性檢測機構(gòu)掌握的分析能力都較為全面，為半導體產(chǎn)業(yè)提供檢測分析的綜合能力較強。

3國內(nèi)第三方檢測分析的服務(wù)產(chǎn)品日趨豐富

國內(nèi)第三方檢測機構(gòu)提供的檢測服務(wù)產(chǎn)品越來越豐富和全面，有力推動了我國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步，目前，主流的半導體第三方分析實驗室通常可提供失效分析、材料分析、可靠性分析等各類分析實驗服務(wù)，涵蓋了芯片設(shè)計、晶圓制造、集成電路封裝及應(yīng)用環(huán)節(jié)等芯片全生命周期。

失效分析的目標是要通過測試，找到問題根本原因，并提出問題解決方案，制定糾正和改善的措施，能夠創(chuàng)造較高的服務(wù)價值，但對技術(shù)人員知識的廣度和深度要求更高。材料分析主要聚焦成分分析、雜質(zhì)分析、形貌及結(jié)構(gòu)分析，被廣泛運用在失效分析過程中。除失效分析、材料分析外，目前半導體第三方分析實驗室還提供可靠性測試服務(wù)，主要包括高低溫存儲、溫度循環(huán)、功率循環(huán)、跌落、鹽霧試驗等服務(wù)項目。失效分析和材料分析主要探究問題背后的機理，從根本上避免問題產(chǎn)生，對于新產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)線驗證具有關(guān)鍵作用，技術(shù)難度較高。可靠性分析專注于模擬不同場景下出現(xiàn)的問題，有助于產(chǎn)品在應(yīng)用中可靠、持續(xù)地運行，對于產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)發(fā)揮重要作用。

受檢測行業(yè)普遍存在的地域性分割、集中度低等特點影響，目前半導體第三方分析實驗室仍以中小型機構(gòu)為主。當前市場中的上百家中小型檢測實驗室具備不同的“做檢查”的業(yè)務(wù)能力，但在“開處方、做手術(shù)”的能力方面，則差異很大，頭部企業(yè)的競爭優(yōu)勢較為明顯，而這也是助力企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新的關(guān)鍵能力。

4強化核心能力，賦能新質(zhì)生產(chǎn)力

第三方實驗室要想真正成為半導體研發(fā)生產(chǎn)的“醫(yī)院”，以醫(yī)生來類比的話，必須具備三種核心能力：一是會“做檢查”，要有更好的檢查設(shè)備，能更快更精準發(fā)現(xiàn)問題；二是會“開處方”，要能準確分析出失效的機理；三是要能“做手術(shù)”，提出解決的方案和技術(shù)措施。

從人才的角度來看，關(guān)鍵在于要有優(yōu)秀的“全科醫(yī)生”，專家團隊應(yīng)該具備電學、光學、化學、材料學、工藝等綜合性的知識，理解產(chǎn)品的每個細節(jié)，更快發(fā)現(xiàn)問題，更好提出解決問題的方案。

由于建設(shè)一家高水平檢測實驗室越來越貴，人力資源短缺，半導體行業(yè)近年來出現(xiàn)了Labless的提法，其核心是通過建設(shè)高標準的第三方測試實驗室，集中購買高端檢測裝備，匯集一批半導體監(jiān)測分析專業(yè)人才，提供更加專業(yè)的檢測分析服務(wù)，更多地將半導體企業(yè)的測試和檢測工作轉(zhuǎn)移到第三方專業(yè)實驗室。半導體設(shè)計制造企業(yè)可以聚焦自身主營業(yè)務(wù)，提升測試質(zhì)量，降低運營成本。

深入分析Labless概念，重點是第三方檢測試驗室要做到：一是要能力更強，檢測技術(shù)和能力高于一般的芯片制造企業(yè)；二是成本更低，發(fā)揮出第三方的規(guī)模優(yōu)勢；三是要有時效性，服務(wù)響應(yīng)足夠快；四是要具有中立性和保密性。第三方實驗室會接觸到大量較為領(lǐng)先甚至正在研發(fā)狀態(tài)的未來產(chǎn)品，客戶信賴的信息安全體系也是企業(yè)的立足之本。

近年來，受逆全球化潮流影響，全球半導體產(chǎn)業(yè)面臨大幅波動，但中國半導體產(chǎn)業(yè)由于旺盛的國內(nèi)需求，仍然保持了良好的發(fā)展態(tài)勢，為半導體第三方測試實驗室?guī)戆l(fā)展機會，這也要求半導體第三方測試實驗室能夠緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在技術(shù)上領(lǐng)先一步。隨著半導體技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用的發(fā)展，以及半導體產(chǎn)業(yè)鏈專業(yè)化分工的深化，半導體第三方測試實驗室對于產(chǎn)業(yè)鏈的貢獻將會進一步提升，將從“高科技、高效能、高質(zhì)量”三個維度，助力中國半導體產(chǎn)業(yè)突破科技前沿，進一步賦能新質(zhì)生產(chǎn)力，推動產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。

作者簡介：劉源超（1977—），山東費縣人，北京大學經(jīng)濟學博士，現(xiàn)任中國半導體行業(yè)協(xié)會專職副理事長，研究方向：世界經(jīng)濟與國際產(chǎn)業(yè)動態(tài)研究。 

Semiconductor Third-party Analytical Labs Growing Rapidly to Enable New Quality Productivity Development

LIU Yuanchao,JIANG Tao

(China Semiconductor Industry Association, Beijing  100089)

Abstract:With the rapid development of science and technology, the semiconductor industry has become increasingly important in China's economy. As an indispensable part of the industry chain, semiconductor third-party analysis laboratories have been rising rapidly in recent years, injecting a strong impetus for the development of new quality productivity. This paper reviews the yield problems faced by the semiconductor industry in China, the development status of third-party laboratories and the related services and products they provide, and discusses the prerequisites, paths and methods for third-party laboratories to empower the new quality productivity, with a view to assisting the semiconductor industry to achieve breakthroughs in the development of science and technology and promoting the high-quality transformation of science and technology into the new quality productivity.

Key words:new quality productivity;semiconductor industry;third-party analysis laboratory