刘源超 江涛

（中国半导体行业协会，北京  100089）

摘 要：随着科技的飞速发展，半导体产业在我国经济中的地位日益重要。作为产业链中不可或缺的一环，半导体第三方分析实验室在近年来迅速崛起，为新质生产力的发展注入强大动力。本文综述了目前我国半导体产业面临的良率难题、第三方实验室的发展现状以及其提供的相关服务与产品，并讨论了第三方实验室赋能新质生产力的前提条件、路径与方法，以期助力半导体产业实现突破性发展，推动科技向新质生产力的高质量转化。

关键词：新质生产力；半导体产业；第三方分析实验室

中图分类号：TN3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2024）03-0011-02

2024年《政府工作报告》提出，要加快发展新质生产力。集成电路行业作为发展新质生产力的尖兵，是现代信息产业的基础和核心。我国集成电路产业近年来保持了快速增长，与之相匹配的生产性服务业也高速成长。近年来，集成电路产业的第三方分析实验室蓬勃发展，为技术壁垒高、制造工艺复杂的集成电路产业提供了重要支撑，赋能产业，助力创新，第三方分析实验室在集成电路产业形成新质生产力的过程中发挥了重要作用。

1半导体产业面临良率难题

芯片研发越来越贵。一直以来，受摩尔定律驱动，集成电路产业持续投入大量资金，探索采用更加先进的工艺制程，追求将芯片的PPAC（Power、Performance、Area、Cost）做到最优，不断引入新的半导体材料、设备和工艺，导致芯片研发和制造的成本快速抬高。据Gartner统计，16nm/14nm芯片的平均IC设计成本约为8000万美元，而7nm芯片需要2.71亿美元。当前的半导体工艺正在从5nm向3nm、2nm工艺节点发展，未来的芯片研发和制造成本将会更加高昂。

缺陷成因越来越复杂。产出一颗芯片，设计、制造、封装等各个环节，都可能出现问题，进而导致最终产品的失效。尤其是在芯片设计初期或采用新工艺的阶段，由于对工艺参数、新材料的特性了解不足，会加大引入缺陷的风险，导致芯片良率低甚至投片失败。特别是制造过程中，操作工艺、材料质量、环境污染等种种因素，都在影响着芯片的良率。

良率控制越来越严。如何保持良率和提升良率，成为芯片企业的永恒话题和难题。有研究认为，对于大型逻辑晶圆厂来说，1%良率的提升有可能意味着约1.5亿美金的利润提升。为降低芯片研发和制造成本，芯片企业必须严格控制芯片制造的产品良率，良率越高，最终分摊到每一颗芯片的成本就越低，良率对企业运营是生死攸关的大事。

2 Fabless模式催生第三方实验室的快速发展

在Fabless模式下，芯片设计企业通过晶圆制造的委外生产，将芯片制造环节外包，设计企业无需承担晶圆制造产线建设、维护和升级的庞大资本支出，将有限的资源聚焦到设计环节，实现了专业化高效运作，全球半导体设计业得以高速发展，企业数量快速增长。但Fabless模式也带来了半导体产业链上下游知识的不对称和沟通的困难，特别是在处理正常流程以外的事件时，比如故障的协同分析和定位处理，就需要第三方介入，用专业、中立、客观的技术手段辅助解决问题。半导体第三方分析实验室应运而生。

如今，半导体第三方测试实验室在全球已经发展成了一个专业服务领域，得到了半导体行业的广泛认可，产业茁壮成长。中国半导体第三方实验室测试行业发展，和中国半导体产业一样，经历了从无到有、进而形成专门的业务领域的过程，并保持了高速发展。

欧美在半导体第三方测试实验室方面起步早，拥有一批综合性的检测实验室，例如SGS、欧陆科技等。2000年开始，欧美、中国台湾等地区的第三方检测机构开始进入中国大陆市场，引入第三方测试实验室的商业模式，中国大陆第三方检测机构也加快了发展步伐，保持了良好的发展势头。

目前，半导体第三方检测分析市场的不同机构各有侧重，比如，国资背景的科研院所检测机构依托自身长期的技术积累，在技术体系、检测标准、重大项目等方面有力支撑了中国半导体产业的健康发展，业绩不俗；外资或民营资本背景的第三方检测企业，比如胜科纳米、闳康科技、宜特科技等头部半导体检测企业，则通过建设失效分析、材料分析以及可靠性分析在内的硬件设备能力，加大研发投入，构建和提升多元化分析能力，重塑了整体的市场格局。总体来看，这两大类综合性检测机构掌握的分析能力都较为全面，为半导体产业提供检测分析的综合能力较强。

3国内第三方检测分析的服务产品日趋丰富

国内第三方检测机构提供的检测服务产品越来越丰富和全面，有力推动了我国半导体产业的发展和技术进步，目前，主流的半导体第三方分析实验室通常可提供失效分析、材料分析、可靠性分析等各类分析实验服务，涵盖了芯片设计、晶圆制造、集成电路封装及应用环节等芯片全生命周期。

失效分析的目标是要通过测试，找到问题根本原因，并提出问题解决方案，制定纠正和改善的措施，能够创造较高的服务价值，但对技术人员知识的广度和深度要求更高。材料分析主要聚焦成分分析、杂质分析、形貌及结构分析，被广泛运用在失效分析过程中。除失效分析、材料分析外，目前半导体第三方分析实验室还提供可靠性测试服务，主要包括高低温存储、温度循环、功率循环、跌落、盐雾试验等服务项目。失效分析和材料分析主要探究问题背后的机理，从根本上避免问题产生，对于新产品研发、产线验证具有关键作用，技术难度较高。可靠性分析专注于模拟不同场景下出现的问题，有助于产品在应用中可靠、持续地运行，对于产品质量把关发挥重要作用。

受检测行业普遍存在的地域性分割、集中度低等特点影响，目前半导体第三方分析实验室仍以中小型机构为主。当前市场中的上百家中小型检测实验室具备不同的“做检查”的业务能力，但在“开处方、做手术”的能力方面，则差异很大，头部企业的竞争优势较为明显，而这也是助力企业研发创新的关键能力。

4强化核心能力，赋能新质生产力

第三方实验室要想真正成为半导体研发生产的“医院”，以医生来类比的话，必须具备三种核心能力：一是会“做检查”，要有更好的检查设备，能更快更精准发现问题；二是会“开处方”，要能准确分析出失效的机理；三是要能“做手术”，提出解决的方案和技术措施。

从人才的角度来看，关键在于要有优秀的“全科医生”，专家团队应该具备电学、光学、化学、材料学、工艺等综合性的知识，理解产品的每个细节，更快发现问题，更好提出解决问题的方案。

由于建设一家高水平检测实验室越来越贵，人力资源短缺，半导体行业近年来出现了Labless的提法，其核心是通过建设高标准的第三方测试实验室，集中购买高端检测装备，汇集一批半导体监测分析专业人才，提供更加专业的检测分析服务，更多地将半导体企业的测试和检测工作转移到第三方专业实验室。半导体设计制造企业可以聚焦自身主营业务，提升测试质量，降低运营成本。

深入分析Labless概念，重点是第三方检测试验室要做到：一是要能力更强，检测技术和能力高于一般的芯片制造企业；二是成本更低，发挥出第三方的规模优势；三是要有时效性，服务响应足够快；四是要具有中立性和保密性。第三方实验室会接触到大量较为领先甚至正在研发状态的未来产品，客户信赖的信息安全体系也是企业的立足之本。

近年来，受逆全球化潮流影响，全球半导体产业面临大幅波动，但中国半导体产业由于旺盛的国内需求，仍然保持了良好的发展态势，为半导体第三方测试实验室带来发展机会，这也要求半导体第三方测试实验室能够紧跟产业发展，在技术上领先一步。随着半导体技术和产品应用的发展，以及半导体产业链专业化分工的深化，半导体第三方测试实验室对于产业链的贡献将会进一步提升，将从“高科技、高效能、高质量”三个维度，助力中国半导体产业突破科技前沿，进一步赋能新质生产力，推动产业高效发展。

作者简介：刘源超（1977—），山东费县人，北京大学经济学博士，现任中国半导体行业协会专职副理事长，研究方向：世界经济与国际产业动态研究。 

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