中微5nm蝕刻機將用於台積電5nm晶片製造

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作為全球頭號代工廠,台積電的新工藝正在一路狂奔,7nm EUV極紫外光刻工藝已經完成首次流片,5nm工藝也將在2019年4月開始風險試產,預計2020年量產。

不過眾所周知,半導體工藝是一項集大成的高精密科技,新工藝也並非台積電自己完全搞定,而是依賴整個產業鏈的設備和技術供應,比如大家比較熟悉的光刻機,就普遍來自荷蘭ASML。

據了解,在台積電的5nm生產線中,就將有來自深圳中微半導體的5nm等離子體蝕刻機,自主研發,近日已經通過了台積電的驗證,將用於全球首條5nm工藝生產線。

中微半導體與台積電在28nm工藝世代就已經有合作,10nm、7nm工藝也一直延續下來,值得一提的是,中微半導體也是唯一進入台積電7nm製程蝕刻設備的大陸本土設備商。

據介紹,等離子體刻蝕機是晶片製造中的一種關鍵設備,用來在晶片上進行微觀雕刻,每個線條和深孔的加工精度都是頭髮絲直徑的幾千分之一到上萬分之一,精度控制要求非常高。

比如,16nm工藝的微觀邏輯器件有60多層微觀結構,要經過1000多個工藝步驟,攻克上萬個技術細節才能加工出來。

中微半導體CEO尹志堯形容說:「在米粒上刻字的微雕技藝上,一般能刻200個字已經是極限,而我們的等離子刻蝕機在晶片上的加工工藝,相當於可以在米粒上刻10億個字的水平。


或許在很多人看來,刻蝕技術並不如光刻機那般「高貴」,但刻蝕在晶片的加工和生產過程中同樣不可或缺。

實際上,刻蝕機主要是按照前段光刻機「描繪」出來的線路來對晶片進行更深入的微觀雕刻,刻出溝槽或接觸孔,然後除去表面的光刻膠,從而形成刻蝕線路圖案。

通俗來講,光刻機的作用就好比雕刻之前在木板或者石板上描摹繪線,而刻蝕機則需要嚴格按照光刻機描繪好的線條來「雕刻」出刻痕圖案。

所以,在晶片的整個生產工藝過程中需要先用到光刻機,然後才用到刻蝕機,接下來重複地使用兩種設備,直至完整地將設計好的電路圖搬運到晶圓上為止。

晶片量產工藝流程

但在過去,由於大陸並不具備可量產半導體刻蝕設備的能力,基本上都是依靠進口,而美歐等國為防止中國半導體產業的進步,多年以來一直對該領域實行技術封鎖。

由於半導體設備動輒千萬上億的研發成本以及超高的技術難度,導致中國大陸在該領域一直以來走的十分艱難。

不過,2015年之後,中國本土逐漸成長出了以中微半導體為代表的多家半導體刻蝕設備供應商(比如主攻矽刻蝕和金屬刻蝕的北方華創等),且因中微在等離子體刻蝕機的質量和數量上逐漸比肩國際大廠,躋身一線水平,美國商務部也因此取消了對中國刻蝕機的出口管制。

長期以來,蝕刻機的核心技術一直被國外廠商壟斷,而中微半導體從65nm等離子介質蝕刻機開始,45nm、32nm、28nm、16nm、10nm一路走下來,7nm蝕刻機也已經運行在客戶的生產線上,5nm蝕刻機即將被台積電採用。

中微半導體首席專家、副總裁倪圖強博士表示,刻蝕機曾是一些已開發國家的出口管制產品,但近年來,這種高端裝備在出口管制名單上消失了。

這說明如果我們突破了「卡脖子」技術,出口限制就會不復存在。

如今,中微與泛林、應用材料、東京電子、日立4家美日企業一起,組成了國際第一梯隊,為7nm晶片生產線供應刻蝕機。

不過要特別注意,中微半導體搞定5nm蝕刻機,完全不等於就可以生產5nm晶片了,因為蝕刻只是眾多工藝環節中的一個而已。

整體而言,我國半導體製造技術還差距非常大,尤其是光刻機,最好的上海微電子也只是做到了90nm的國產化。

當然在另一個方面,我國的半導體技術也在不同層面奮起直追,不斷縮小差距,比如依然很先進的14nm工藝,在14nm 領域,北方華創的矽/金屬蝕刻機、北方華創的薄膜沉積設備、北方華創的單片退火設備、上海盛美的清洗設備,都已經開發成功,正在進行驗證。


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