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中微5nm蚀刻机将用于台积电5nm芯片制造

在台积电的5nm生产线中,将有来自深圳中微半导体的5nm等离子体蚀刻机,自主研发,近日已经通过了台积电的验证,将用于全球首条5nm工艺生产线。

作为全球头号代工厂,台积电的新工艺正在一路狂奔,7nm EUV极紫外光刻工艺已经完成首次流片,5nm工艺也将在2019年4月开始风险试产,预计2020年量产。

不过众所周知,半导体工艺是一项集大成的高精密科技,新工艺也并非台积电自己完全搞定,而是依赖整个产业链的设备和技术供应,比如大家比较熟悉的光刻机,就普遍来自荷兰ASML。

据了解,在台积电的5nm生产线中,就将有来自深圳中微半导体的5nm等离子体蚀刻机,自主研发,近日已经通过了台积电的验证,将用于全球首条5nm工艺生产线。

中微半导体与台积电在28nm工艺世代就已经有合作,10nm、7nm工艺也一直延续下来,值得一提的是,中微半导体也是唯一进入台积电7nm制程蚀刻设备的大陆本土设备商。

据介绍,等离子体刻蚀机是芯片制造中的一种关键设备,用来在芯片上进行微观雕刻,每个线条和深孔的加工精度都是头发丝直径的几千分之一到上万分之一,精度控制要求非常高。

比如,16nm工艺的微观逻辑器件有60多层微观结构,要经过1000多个工艺步骤,攻克上万个技术细节才能加工出来。

中微半导体CEO尹志尧形容说:“在米粒上刻字的微雕技艺上,一般能刻200个字已经是极限,而我们的等离子刻蚀机在芯片上的加工工艺,相当于可以在米粒上刻10亿个字的水平。”

或许在很多人看来,刻蚀技术并不如光刻机那般“高贵”,但刻蚀在芯片的加工和生产过程中同样不可或缺。实际上,刻蚀机主要是按照前段光刻机“描绘”出来的线路来对晶片进行更深入的微观雕刻,刻出沟槽或接触孔,然后除去表面的光刻胶,从而形成刻蚀线路图案。通俗来讲,光刻机的作用就好比雕刻之前在木板或者石板上描摹绘线,而刻蚀机则需要严格按照光刻机描绘好的线条来“雕刻”出刻痕图案。所以,在芯片的整个生产工艺过程中需要先用到光刻机,然后才用到刻蚀机,接下来重复地使用两种设备,直至完整地将设计好的电路图搬运到晶圆上为止。
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芯片量产工艺流程

但在过去,由于大陆并不具备可量产半导体刻蚀设备的能力,基本上都是依靠进口,而美欧等国为防止中国半导体产业的进步,多年以来一直对该领域实行技术封锁。由于半导体设备动辄千万上亿的研发成本以及超高的技术难度,导致中国大陆在该领域一直以来走的十分艰难。不过,2015年之后,中国本土逐渐成长出了以中微半导体为代表的多家半导体刻蚀设备供应商(比如主攻硅刻蚀和金属刻蚀的北方华创等),且因中微在等离子体刻蚀机的质量和数量上逐渐比肩国际大厂,跻身一线水平,美国商务部也因此取消了对中国刻蚀机的出口管制。

长期以来,蚀刻机的核心技术一直被国外厂商垄断,而中微半导体从65nm等离子介质蚀刻机开始,45nm、32nm、28nm、16nm、10nm一路走下来,7nm蚀刻机也已经运行在客户的生产线上,5nm蚀刻机即将被台积电采用。

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中微半导体首席专家、副总裁倪图强博士表示,刻蚀机曾是一些发达国家的出口管制产品,但近年来,这种高端装备在出口管制名单上消失了。这说明如果我们突破了“卡脖子”技术,出口限制就会不复存在。如今,中微与泛林、应用材料、东京电子、日立4家美日企业一起,组成了国际第一梯队,为7nm芯片生产线供应刻蚀机。

不过要特别注意,中微半导体搞定5nm蚀刻机,完全不等于就可以生产5nm芯片了,因为蚀刻只是众多工艺环节中的一个而已。

整体而言,我国半导体制造技术还差距非常大,尤其是光刻机,最好的上海微电子也只是做到了90nm的国产化。

当然在另一个方面,我国的半导体技术也在不同层面奋起直追,不断缩小差距,比如依然很先进的14nm工艺,在14nm 领域,北方华创的硅/金属蚀刻机、北方华创的薄膜沉积设备、北方华创的单片退火设备、上海盛美的清洗设备,都已经开发成功,正在进行验证。

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