Die Hauptschwachstellen der chinesischen Halbleiterindustrie liegen in der Abhängigkeit von EDA-Tools und IP, Halbleiteranlagen und -materialien, dem enormen Technologiegefälle und dem Mangel an führenden Fachkräften. Daher müssen wir wachsam bleiben. Solange diese Schwachstellen fortbestehen, liegt die Lebensader der industriellen Entwicklung in fremden Händen und wird unweigerlich verschiedenen Einschränkungen ausgesetzt sein.

Die Abhängigkeit von umfangreichen Ausrüstungsimporten bereitet der chinesischen Halbleiterindustrie zunehmend Sorgen. Die USA nutzen dies häufig als Druckmittel. Fortschritte in der Halbleiterindustrie sind jedoch äußerst schwierig, aber unaufhaltsam. Die Lösung dieser Probleme ist offensichtlich keine Sache von heute auf morgen und stellt eine große Herausforderung dar, da sie gleichkäme, die in den letzten 100 Jahren aufgebaute industrielle Basis des Westens innerhalb kürzester Zeit in Frage zu stellen.

Erster Eindruck

Aus Sicht der Chipfertigungsindustrie besteht ein Problem des „ersten Eindrucks“. Bekanntlich besteht die Grundlage für die Chipfertigung aus einem generativen Bauelement, einem generativen Prozess und einem weiteren generativen Bauelement. Dies bedeutet die gegenseitige Abhängigkeit zwischen Anlagen und Prozessen. Mit fortschrittlichen Halbleiterfertigungsanlagen ist die Massenproduktion von Bauelementen möglich. Die Massenproduktion von Bauelementen kann mit einer „Gelddruckmaschine“ verglichen werden. Jeder gegossene Siliziumchip kostet 1,000 bis 2,000 US-Dollar (bei einer Länge von 8 Zoll) oder mehr. Die monatliche Produktionskapazität einer Fertigungslinie kann 20,000 bis 100,000 Stück betragen. Daher ist der Wert der produzierten Chips sehr hoch. Der stabile Betrieb der Halbleiteranlagen spielt dabei eine entscheidende Rolle. Die Branche verglich dies einst mit der Tatsache, dass die Produktion von Halbleiterbauelementen durch den Kauf von Anlagen und die damit verbundene Kapitalisierung der Halbleiterfertigung ermöglicht wird. Dies verdeutlicht, wie wichtig die Halbleiterfertigung ist und dass sie untrennbar mit den Anlagen verbunden ist.


Aus technischer Sicht ist die zugehörige Halbleiterausrüstung festgelegt, sobald der Herstellungsprozess eines Bauelements bestimmt ist. Selbst wenn sie ebenfalls als PVD bezeichnet wird, ist sie nicht austauschbar, da sonst der Prozess neu angepasst werden müsste und die Zuverlässigkeit der Ausrüstung beeinträchtigt wäre. Daher orientiert sich die Wahl der Prozessausrüstung durch einen Chiphersteller an der Quelle seiner Prozesstechnologie. Wenn beispielsweise UMC Kupferverbindungstechnologie von IBM erwirbt, muss die von UMC gekaufte Ausrüstung mit IBM kompatibel sein, d. h. Hersteller, Modell und alle weiteren Details müssen übereinstimmen. Chinas Chipindustrie entwickelte sich jedoch erst spät. Als SMIC beispielsweise mit der Entwicklung eigener Prozesstechnologien begann, importierte das Unternehmen einige Technologien aus Japan. Bei der Entwicklung eigener Prozesstechnologien basierte fast die gesamte Ausrüstung auf amerikanischen und japanischen Anlagen, was dazu führte, dass diese Anlagen auch in China eingesetzt wurden. Die importierten Anlagen in der Produktionslinie sind Spitzenprodukte, sodass für inländische Anlagen kaum Spielraum für Experimente besteht.


Sofern chinesische Chiphersteller nicht bereits in der Geräteentwicklungsphase direkt auf Haushaltsgeräte zurückgreifen, werden diese in großen Mengen zum Einsatz kommen. Doch es gibt ein weiteres Problem: Die Leistungsfähigkeit der Haushaltsgeräte muss grundlegende Anforderungen erfüllen, und es muss ausreichend Vertrauen zwischen den chinesischen Chipherstellern bestehen. Angesichts geringer Investitionen in Forschung und Entwicklung im Bereich Haushaltsgeräte und fehlender Möglichkeiten für Experimente ist es unwahrscheinlich, dass Chiphersteller in einer bereits in Serie gefertigten Produktionslinie auf solch ein offensichtliches oder reales Problem zurückgreifen werden. Die Unterstützung von Haushaltsgeräten durch den zeitaufwändigen und kostspieligen Versuch-und-Irrtum-Prozess ist daher unwissenschaftlich. Aus diesem Grund bleibt dieses komplexe Problem bestehen. Solange der Import von Geräten möglich ist, wird es nur wenige Möglichkeiten für die Halbleiterfertigung im Haushalt geben. Dies ist die aktuelle Situation für Haushaltsgeräte.

Halbleiteranlagen und Prozessintegration

In den 1980er Jahren beschränkte sich die Verantwortung für gekaufte Halbleiteranlagen (wie Ätzmaschinen) auf deren Hardwarefunktionen wie Ätzrate und Ätzgleichmäßigkeit. Nach dem Kauf mussten die Kunden ihre eigene Prozesstechnologie entwickeln, um die Anforderungen der Massenproduktion zu erfüllen. Dies erwies sich als gravierend, da die Entwicklung der Prozesstechnologie ohne die Zusammenarbeit mit den Anlagenherstellern für die Kunden nahezu unmöglich war und die Massenproduktion der Anlagen häufig verzögerte.


Da die Nachfrage nach Anlagen und Technologieintegration zur Förderung des Fortschritts der Halbleiterindustrie stetig steigt, hat die Anlagenindustrie einen schwierigen ersten Schritt getan. Sie begann mit der Forschung und Entwicklung von Methoden zur Implementierung dieses Prozesses in Bauelementen. Es ist bekannt, dass diese beiden Disziplinen unterschiedliche Kompetenzen erfordern. Gleichzeitig muss eine Prozesstestlinie eingerichtet werden. Diese Prozesstestlinien müssen jedoch vom Kauf der Anlagen bis zum Betrieb und der Wartung der Testlinien instand gehalten werden. Die Kosten hierfür sind hoch, doch die Anlagenhersteller haben diesen schwierigen Weg schließlich erfolgreich bewältigt. Die heute verkauften Anlagen implementieren einen spezifischen Prozess und sind sofort einsatzbereit in der Produktionslinie eines Kunden. Sie durchdringen die gesamte Chipfertigungslinie. Der Erfolg der Dünnschichttechnologie hat dazu geführt, dass der Wert von Halbleiteranlagen von Hunderttausenden von Dollar pro Einheit auf Millionen von Dollar und mehr gestiegen ist, was ihren Wert widerspiegelt. Dies ist auch ein Beleg für den internationalen Erfolg der Halbleiteranlagenindustrie.

Möglichkeiten zum Ausprobieren und Scheitern

Der Forschungs- und Entwicklungsprozess von Halbleiteranlagen beginnt mit einem Prototyp, der nach umfangreichen Modifikationen schrittweise zum marktfähigen Produkt wird. Wie bei jedem neuen Produkt ist ein Prozess des Ausprobierens und Optimierens erforderlich, da der Prototyp zwangsläufig mehr Fehler aufweist. Abgesehen von den Mindestanforderungen an konventionelle Anlagen liegt die durchschnittliche MTBF (Mean Time Between Failures) bei über 200 Stunden und erfordert daher ebenfalls Ausprobieren. Das Problem wurde erkannt und zahlreiche Modifikationen vorgenommen, um die Werksanforderungen an die Anlagen zu erfüllen.


Die Frage, wie man Möglichkeiten zum Ausprobieren und Lernen aus Fehlern schaffen kann, ist jedoch komplexer und betrifft die jeweiligen Interessen von Geräteherstellern und Chipherstellern.


Aus Sicht der inländischen Gerätehersteller bestehen zwei Anforderungen: Erstens die aktuelle Situation der Branche. Die Gerätehersteller sind noch nicht in der Lage, eigene Prozesstestlinien aufzubauen, und es mangelt ihnen an Kompetenzen und Fachkräften im Bereich der Halbleiterfertigung. Zweitens muss die Lokalisierung der Geräteentwicklung unterstützt und gefördert werden. Man muss ihr ausreichend Zeit geben.

Aus Sicht der Chiphersteller sollte die bereitgestellte Prototypenausrüstung einerseits einen nahezu einsatzfähigen Zustand erreichen, andererseits erfordert die Fehlersuche an der Ausrüstung einen hohen Aufwand an Personal, Finanzen und Material. Diese Kosten sind hoch. Chiphersteller sollten diese Lösung nicht in Anspruch nehmen.

Dieser Widerspruch lässt sich im Ausland lösen. Typischerweise errichten große Anlagenhersteller eigene Teilanlagen für die Prozessprüfung. Diese erfüllen zwei Funktionen: Zum einen können Kunden ihre Zwischenprodukte aus Siliziumwafern nutzen, um den nächsten Prozessschritt durchzuführen und das Gerät zu validieren. Zum anderen können Kunden damit praktische Anforderungen erfüllen, wie beispielsweise die Einhaltung eines Aspektverhältnisses von 1:100 beim dielektrischen Ätzen oder die Entwicklung eines weiteren, im Ausland gefertigten Geräts für Testverfahren. Der Bestellprozess für ausländische Kunden hängt oft von der Realisierung eines bestimmten Anlagentyps und Prozesses ab. Daher ist es für Anlagenhersteller notwendig, eigene Teilanlagen für die Prozessprüfung aufzubauen.


Heutzutage haben Haushaltsgeräte einen deutlichen Fortschritt gemacht, was sich zumindest in Branchen wie Photovoltaik und LED-Technologie bewährt hat. Die Lokalisierung von integrierten Schaltkreisen ist jedoch noch nicht ausreichend, obwohl sich die Qualität verbessert hat.


Um das Problem der Bereitstellung von Versuch- und Irrtumsmöglichkeiten zu lösen, ist es möglicherweise notwendig, eine vorwiegend staatlich geförderte Prozesstestlinie einzurichten. So können inländische Halbleiteranlagen, -materialien usw. zunächst die Qualifizierungszertifizierung für die Test- und Produktionslinie durchlaufen, bevor sie in die qualifizierte Chip-Produktionslinie gelangen. Nur auf diesem Weg kann die Bewertung der Serienproduktion in die Bestellung von Ausrüstung für die Chip-Produktionslinie einfließen.


Offensichtlich muss die Arbeitsweise dieser Prozessprüflinie untersucht werden, warum sie so lange nicht ausfallen kann, aber sie muss kontinuierlich verbessert werden.

Lokalisierung beschleunigen

Die Entwicklung der chinesischen Halbleiterindustrie, die hauptsächlich auf importierte Ausrüstung und Materialien angewiesen ist, schreitet zwar voran und ist wünschenswert, doch die USA nutzen weiterhin die „Entity List“ und den „Wassenaar-Vertrag“ zur Exportkontrolle, was die Entwicklung der chinesischen Halbleiterindustrie behindert. Die Erkenntnis, dass andere sich nicht selbst regieren können, ist eindrücklich.



Betrachtet man die Entwicklung der chinesischen Halbleiterindustrie, so dürfte diese, solange importierte Ausrüstung weiterhin verfügbar ist, den Status quo beibehalten wollen. Wie Ren Zhengfei besitzen nur wenige die Weitsicht und das Gespür für die drohende Krise. Denn Mut ist wichtig, Stärke jedoch noch wichtiger. Zudem zeigt der jährliche Anstieg der Importe integrierter Schaltkreise aus China, dass China auf die Unterstützung der Globalisierung angewiesen ist.

Denn chinesische Chiphersteller sind an importierte Geräte gewöhnt, die vergleichsweise einfach zu bedienen sind. Einige Gerätehersteller erkennen den Rückstand an und glauben, dass der Status quo beständiger sein wird, was ihnen helfen wird, aufzuholen. Im Gegensatz dazu wird der Druck auf die Gerätehersteller mit zunehmender Lokalisierung steigen.


Daher mag es derzeit vorherrschend sein, den Status quo zu wahren und bei der Lokalisierung von Ausrüstung vorsichtig vorzugehen. Ich glaube, dass die Branche erst dann ein Gefühl der Dringlichkeit verspüren wird, wenn die US-Exportpolitik verschärft wird und die heimische Chip-Produktion unter Druck gerät, wodurch die Lokalisierung von Ausrüstung zu einem zentralen Thema wird. Es mag sich um einen festgefahrenen und verqueren Denkstil handeln. Deshalb müssen wir diese einmalige Chance in dieser Phase unbedingt nutzen.


Angesichts der Herausforderungen in der Branchenentwicklung gibt es kein Zurückweichen oder Zufallsprinzip, sondern nur mutiges Handeln. Die Schwierigkeiten sind zwar groß und betreffen grundlegende Probleme wie die industrielle Basis, doch um diese zu überwinden, muss man mit einem Schritt beginnen und gezielt hervorragende einheimische Fachkräfte rekrutieren.


Deshalb dürfen wir zuallererst nicht den Glauben verlieren. Wir müssen vollstes Vertrauen in unsere Fähigkeiten haben. Chinas Halbleiterindustrie befindet sich in einem besonderen Umfeld und hat ihre eigenen Stärken und Schwächen. Ihre Stärken werden durch staatliche Fördergelder und den riesigen chinesischen Markt gestützt. Zudem kann China in Krisenzeiten Geschlossenheit und Zusammenhalt beweisen. Die Schwäche liegt darin, dass der Westen dies nicht erkannt hat und große Sorge hegt, dass Chinas Halbleiterindustrie seine eigene überflügeln könnte. Daher setzt er alles daran, die Entwicklung der chinesischen Halbleiterindustrie zu unterdrücken und uns von der Globalisierung auszuschließen.


Wir müssen davon überzeugt sein, dass Globalisierung und Lokalisierung zwei unterschiedliche Wege sind, die für die Entwicklung der chinesischen Halbleiterindustrie in dieser Phase entscheidend sind. Unsere Strategie ist es, die Globalisierung bestmöglich zu nutzen und gleichzeitig die Lokalisierung niemals aufzugeben. Obwohl Lokalisierung schwierig und kostspielig ist, stellt sie ein wirksames Mittel zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit dar. Wir müssen daher zuversichtlich sein. Ich bin überzeugt, dass die chinesische Halbleiterindustrie durch gezielte Lokalisierungsbemühungen verschiedene Schwierigkeiten und Hindernisse überwinden und das westliche Verbot brechen wird. Die Chance, die chinesische Halbleiterindustrie zu entwickeln, liegt jetzt bei ihr – sie muss endlich aufwachen.

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