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    • 谁是芯片制造的隐形王者?
    • 为什么几乎没听过这个公司?
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芯片领域的隐形王者,竟然是它

10/22 09:40
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纳斯达克在1971年伴随科技浪潮诞生,纵观历史,龙头的更迭司空寻常。问题是,在过去几十年里,有几家科技公司在纳斯达克头部屹立不倒?

科技发展的速度太快,难的不是上牌桌,也不是一把梭哈,而是一直在牌桌上玩下去。

而这些公司里,不乏一些芯片半导体相关的科技公司,有一个更是已经成长为当前半导体设备领域的龙头老大,它就是:应用材料公司(Applied Materials)。毫不夸张的说,这个1967年成立的公司,几乎靠一己之力支撑了全球半导体和芯片制造,全球几乎每一个新生产的芯片和先进显示器的背后,都有应用材料公司的身影

但我相信,可能很多人压根没听说过它。

所以真正的问题是,这个名字有点神奇的常青树公司,到底有多牛?

谁是芯片制造的隐形王者?

芯片和半导体是所有现代科技的基础,不论是人们日常使用的产品(移动设备、汽车、游戏等)还是工业用的电子设备(医疗保健、教育、制造等)都离不开芯片。而芯片离不开的,则是造芯片的材料工程和设备。从名字也能看出来,这正是应用材料公司主打的方向。

如果把造芯片比作盖楼,那芯片厂就像施工队、光刻机就像关键的塔吊设备,而应用材料公司就像个总承包商,既提供盖楼所需要的各种材料工具,也提供将这些材料组合在一起的各种复杂设备和工具。只不过和盖楼不一样,芯片制造是在纳米尺度上「雕花」的艺术,对材料和工具的要求更是比盖楼不知道高到哪里去了。

很多人都在寻找所谓的「铲子公司」。但殊不知,从沙子里挖金用铲子就可以了,但把沙子变成芯片,需要的远远不止一把铲子

芯片制造是一个极度复杂的过程,总结起来主要分成以下几大步骤:晶圆制备、光刻、刻蚀、掺杂、材料沉积、互联、测试、封装。不管制造工艺高端也好、成熟也好,上面几个步骤都是省不了的。但这只是一个特别粗略的区分,实际制造一颗芯片所需要的步骤会高达上千多个。在这些步骤中,材料的好坏就直接决定了芯片的功能性、可靠性和寿命。

就拿材料沉积这个步骤来说,它的目的是在晶圆表面沉积绝缘层、导电层等不同的材料,有助于形成晶体管之间的绝缘,以及电路内的连线。这一个步骤里,包含的「小」技术就不计其数,比如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、电化学沉积(ECD)等各种方法。刻蚀也是如此,它的目的是把材料清除掉。具体方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。这里之所以「小」打了引号,是因为每个环节其实都需要大量的设备、材料、软件去完成,靠人力是万万不能了。

为了实现在纳米尺度制造芯片,需要极其精密的仪器和设备,复杂度超出我们的想象。下面这个图就是芯片工厂中一个制造设备示例,包含了搬运硅片的机器手、完成工艺制造的特殊腔室以及装载和控制系统。晶圆都是用特殊的小盒子FOUP(前开式统一吊舱)和工厂天花板上错综复杂的轨道来完成各个机器和工序之间运输。

你们应该也猜到了,这台机器就是应用材料公司的产品。不过除了这台Endura™系统,作为龙头老大的他们还有数十种不同的机器,几乎涵盖了芯片制造的方方面面。科技含量拉满,钢铁侠来了也得来一句「好家伙」。

四舍五入的说,我们生活中几乎所有的科技,最上游大概率都是由应用材料公司的设备制造出来的。

为什么几乎没听过这个公司?

既然这家公司这么牛,为什么我好像从来没听说过它呢?

需要说的是,你不是一个人。

可能最主要的原因,就是芯片制造和芯片设备这个领域,离我们普通人实在是太远了。在各种自媒体的疯狂科普下,大家才逐渐知道光刻机这个东西。但殊不知,光刻也只是整个芯片制造3000多个步骤里的一环而已,更不用说其他的技术环节了。当然,这里面涉及到的公司也茫茫多。

中国半导体产业的发展,带动了相关上下游产业链的增长脚步,于1967年在美国成立的应用材料公司在进入中国后,也参与到这一发展浪潮当中。事实上,应用材料公司在1967年成立之后,至今已经在中国已经深耕40年了

它在1984年进入中国、在北京设立了客户服务支持中心,是第一家进入中国的国际半导体设备公司,发展至今已经有超过3000名员工、16个办公室、总部位于上海,并且还在西安建立了200/300毫米半导体实验室和全球培训中心。

如今,物联网新能源智能汽车等领域正在快速发展,自然离不开芯片和半导体的强力助推。应用材料公司作为老牌半导体龙头,也是很早就在加码关注和引领这些新兴领域的发展。五年前,他们成立了一个ICAPS产品和技术事业部,代表了物联网(IoT)、通信(Communication)、汽车电子(Automotive),功率和传感器(Power and Sensors)。这些领域更多采用成熟制程工艺,需要稳定、高效、可持续的量产和发展,这也是应用材料公司ICAPS产品和技术事业部专注的方向。

这其实代表了这些领域的未来可持续发展,也离不开半导体制造技术的针对性优化和提升。在2023年的SEMICON West大会上,应用材料公司宣布了「2040净零排放战略」,致力于协同企业本身与半导体行业减少碳排放。

不得不说,格局拉满了。

低调背后的启示

经过半个多世纪的发展,应用材料公司已经从一个专注于CVD技术的初创公司,成长为全球半导体制造设备行业的龙头。在这个「低调」的发展过程中,我觉得有三点启示值得我们关注。

首先,核心技术是高科技企业发展的核心。对于大众而言,新科技的诞生似乎顺其自然,就像AI仿佛一夜之间迎来爆发。但实际上,科技的发展从来都不会一蹴而就,而是日积月累、厚积薄发的过程。就拿应用材料公司举例,它们2023财年在材料工程等领域的研发投入达31亿美元,积累了超过19600项专利,构建了遍布全球的专家团队,正是这些持续投入和研发才保证了这家公司的不断发展和成长。

第二,低调并不等于不作为,而是一边面向未来布局,一边静等风来。芯片就是很好的例子,比如如今汽车电子在成熟制程领域的多样化发展,就很好的结合了新兴场景和成熟技术,让老树开出新花。

第三,对于每个伟大的企业来说,如何做到可持续发展,都是永恒的难题。与其不断追风口,不如从第一性原理出发,沉淀下来专注于「第一性」技术的打磨。半导体行业如此,其他行业也是如此。

作为一个在纳斯达克里待了超过50年,并在过去一年中创下业绩历史新高的公司来说,如何在几十年的漫长岁月中保持不断进步和高速发展,应用材料公司可以说是给其他公司打了个样。

除了财务上的持续发展,还有技术层面的持续发展。半导体作为一个重资产行业,绿色发展也非常重要。到2030年,应用材料公司设定了实现全球半导体设备和工厂全部采用可再生电力的目标。很多人认为暴力美学和疯狂堆料会是未来科技发展的大趋势,但如何做到几十年如一日的持续发展,或许才是我们更应该研究的课题。

(注:本文不代表老石任职单位的观点。)

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电子产业图谱

微信公众号“老石谈芯”主理人,博士毕业于伦敦帝国理工大学电子工程系,现任某知名半导体公司高级FPGA研发工程师,从事基于FPGA的数据中心网络加速、网络功能虚拟化、高速有线网络通信等领域的研发和创新工作。曾经针对FPGA、高性能与可重构计算等技术在学术界顶级会议和期刊上发表过多篇研究论文。