技術(shù)從65nm升級(jí)到5nm!造出國(guó)產(chǎn)頂尖刻蝕機(jī)


刻蝕是用化學(xué)或物理方法對(duì)襯底表面或表面覆蓋薄膜進(jìn)行選擇性腐蝕或剝離的過程。目前干法刻蝕在半導(dǎo)體刻蝕中占據(jù)絕對(duì)主流地位,市場(chǎng)占比超過90%。據(jù)東方財(cái)富研報(bào),刻蝕設(shè)備作為半導(dǎo)體設(shè)備的中堅(jiān)力量,有望率先完成國(guó)產(chǎn)替代。


從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來看,刻蝕機(jī)尤其是介質(zhì)刻蝕機(jī),是我國(guó)最具優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域,也是國(guó)產(chǎn)替代占比最高的重要半導(dǎo)體設(shè)備之一。我國(guó)目前在刻蝕設(shè)備商代表公司為中微公司、北方華創(chuàng)等。


在等離子體刻蝕設(shè)備市場(chǎng)中主要是兩類的設(shè)備:CCP(Capacitively Coupled Plasma)電容性高能等離子體刻蝕機(jī)和ICP(Inductively Coupled Plasma)電感性低能等離子體刻蝕機(jī)。CCP設(shè)備主要是刻蝕深寬比較高的、較硬的介質(zhì)材料;而ICP主要是刻蝕尺度小,厚度薄的較軟的材料。由于微觀器件越做越小,薄膜厚度越來越薄,線寬控制越來越嚴(yán),ICP刻蝕機(jī)取代以往的CCP刻蝕設(shè)備成為市場(chǎng)規(guī)模占主導(dǎo)地位的設(shè)備。


技術(shù)從65nm升級(jí)到5nm!造出國(guó)產(chǎn)頂尖刻蝕機(jī)的圖1

一顆芯片要想從PPT到成品,核心設(shè)備并非光刻機(jī)一種,刻蝕機(jī)的重要性不言而喻。可能大家還分不清楚,光刻機(jī)和刻蝕機(jī)的區(qū)別,通俗的講,光刻機(jī)把電路圖投影到覆蓋有光刻膠的硅片上面,刻蝕機(jī)則是繼續(xù)對(duì)這些電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行雕刻般的細(xì)微調(diào)整,將畫了電路圖的硅片上的多余電路圖腐蝕掉。

技術(shù)從65nm升級(jí)到5nm!造出國(guó)產(chǎn)頂尖刻蝕機(jī)的圖2

也就是說,這些細(xì)微調(diào)整將是直接影響芯片的性能關(guān)鍵步驟。打個(gè)比方,“假如光刻機(jī)是照相機(jī),那么刻蝕機(jī)就是顯影設(shè)備”,這樣說大家應(yīng)該明白了吧。由此可見,在芯片制造過程中,刻蝕機(jī)的重要性堪比光刻機(jī)。

技術(shù)從65nm升級(jí)到5nm!造出國(guó)產(chǎn)頂尖刻蝕機(jī)的圖3

2004年由尹志堯博士等人回國(guó)創(chuàng)立,2007年首臺(tái)CCP刻蝕設(shè)備研制成功,2012年首臺(tái)MOCVD設(shè)備研制成功,目前產(chǎn)品已具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,公司ICP刻蝕設(shè)備已趨于成熟,截至2021年6月已交付100臺(tái),Mini LED用MOCVD設(shè)備已獲得大批量訂單,產(chǎn)品品類拓展疊加市場(chǎng)份額提升,公司長(zhǎng)期發(fā)展向好。此外,公司已成為世界排名前列的氮化鎵(GaN)基LED設(shè)備制造商。


目前公司正加速平臺(tái)化布局,現(xiàn)已組建團(tuán)隊(duì)開發(fā)LPCVD設(shè)備和EPI設(shè)備,同時(shí)通過外延式發(fā)展方式持有拓荊科技、睿勵(lì)儀器、理想萬里暉、山東天岳、德龍激光等公司股權(quán),與德國(guó)DAS公司戰(zhàn)略合作以開拓半導(dǎo)體行業(yè)尾氣處理設(shè)備領(lǐng)域。公司技術(shù)積累深厚,正逐步打造成為國(guó)際一流的平臺(tái)型設(shè)備企業(yè)。


技術(shù)從65nm升級(jí)到5nm!造出國(guó)產(chǎn)頂尖刻蝕機(jī)的圖4

2015年,美國(guó)宣布解除等離子刻蝕機(jī)對(duì)中國(guó)的出口限制,理由是中國(guó)已經(jīng)可以生產(chǎn)相同水平的設(shè)備。直到2020年,中微半導(dǎo)體成為全球第一家成功研制出5nm精度刻蝕機(jī)的企業(yè),并獲得了臺(tái)積電認(rèn)可,用于臺(tái)積電5nm芯片工藝生產(chǎn)線。

然而就在近日,根據(jù)4月6日權(quán)威媒體報(bào)道,中微正式官宣,該公司研發(fā)的等離子刻蝕機(jī)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入客戶的5nm生產(chǎn)線。其中,中微開發(fā)的12英寸高端刻蝕機(jī)設(shè)備已運(yùn)用在國(guó)際知名客戶最先進(jìn)的生產(chǎn)線上并用于5nm及5nm以下器件中若干關(guān)鍵步驟的加工。

技術(shù)從65nm升級(jí)到5nm!造出國(guó)產(chǎn)頂尖刻蝕機(jī)的圖5

需要了解的是,5nm工藝是目前最先進(jìn)的芯片工藝技術(shù),全球也僅有兩家掌握該工藝的技術(shù),分別是臺(tái)積電和三星。這也就意味著,中微研發(fā)出的5nm刻蝕機(jī)已經(jīng)進(jìn)入到臺(tái)積電或三星5nm生產(chǎn)線。

雖說在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域當(dāng)中,中國(guó)光刻機(jī)的技術(shù)水準(zhǔn)相比海外要晚好幾代,但目前刻蝕機(jī)是我國(guó)最具有優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域,而且重要性也是相當(dāng)重要。數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)蝕刻設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率已經(jīng)達(dá)到20%以上,而且國(guó)產(chǎn)蝕刻機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模也在隨著中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)張不斷提升。

技術(shù)從65nm升級(jí)到5nm!造出國(guó)產(chǎn)頂尖刻蝕機(jī)的圖6

總的來說,中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)起步晚,長(zhǎng)時(shí)間都受制于人。要想打破國(guó)外壟斷就必須加強(qiáng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā),這其中就包括光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、EDA軟件等。正所謂,千里之行始于足下,相信用不了三五年中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將煥然一新。


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