中微5nm蝕刻機(jī)將用于臺(tái)積電5nm芯片制造

作為全球頭號(hào)代工廠，臺(tái)積電的新工藝正在一路狂奔，7nm EUV極紫外光刻工藝已經(jīng)完成首次流片，5nm工藝也將在2019年4月開始風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，預(yù)計(jì)2020年量產(chǎn)。

不過眾所周知，半導(dǎo)體工藝是一項(xiàng)集大成的高精密科技，新工藝也并非臺(tái)積電自己完全搞定，而是依賴整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)備和技術(shù)供應(yīng)，比如大家比較熟悉的光刻機(jī)，就普遍來自荷蘭ASML。

據(jù)了解，在臺(tái)積電的5nm生產(chǎn)線中，就將有來自深圳中微半導(dǎo)體的5nm等離子體蝕刻機(jī)，自主研發(fā)，近日已經(jīng)通過了臺(tái)積電的驗(yàn)證，將用于全球首條5nm工藝生產(chǎn)線。

中微半導(dǎo)體與臺(tái)積電在28nm工藝世代就已經(jīng)有合作，10nm、7nm工藝也一直延續(xù)下來，值得一提的是，中微半導(dǎo)體也是唯一進(jìn)入臺(tái)積電7nm制程蝕刻設(shè)備的大陸本土設(shè)備商。

據(jù)介紹，等離子體刻蝕機(jī)是芯片制造中的一種關(guān)鍵設(shè)備，用來在芯片上進(jìn)行微觀雕刻，每個(gè)線條和深孔的加工精度都是頭發(fā)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(jié)構(gòu)，要經(jīng)過1000多個(gè)工藝步驟，攻克上萬個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)才能加工出來。

中微半導(dǎo)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(gè)字已經(jīng)是極限，而我們的等離子刻蝕機(jī)在芯片上的加工工藝，相當(dāng)于可以在米粒上刻10億個(gè)字的水平。”

或許在很多人看來，刻蝕技術(shù)并不如光刻機(jī)那般“高貴”，但刻蝕在芯片的加工和生產(chǎn)過程中同樣不可或缺。實(shí)際上，刻蝕機(jī)主要是按照前段光刻機(jī)“描繪”出來的線路來對(duì)晶片進(jìn)行更深入的微觀雕刻，刻出溝槽或接觸孔，然后除去表面的光刻膠，從而形成刻蝕線路圖案。通俗來講，光刻機(jī)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(jī)則需要嚴(yán)格按照光刻機(jī)描繪好的線條來“雕刻”出刻痕圖案。所以，在芯片的整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中需要先用到光刻機(jī)，然后才用到刻蝕機(jī)，接下來重復(fù)地使用兩種設(shè)備，直至完整地將設(shè)計(jì)好的電路圖搬運(yùn)到晶圓上為止。

芯片量產(chǎn)工藝流程

但在過去，由于大陸并不具備可量產(chǎn)半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備的能力，基本上都是依靠進(jìn)口，而美歐等國(guó)為防止中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，多年以來一直對(duì)該領(lǐng)域?qū)嵭屑夹g(shù)封鎖。由于半導(dǎo)體設(shè)備動(dòng)輒千萬上億的研發(fā)成本以及超高的技術(shù)難度，導(dǎo)致中國(guó)大陸在該領(lǐng)域一直以來走的十分艱難。不過，2015年之后，中國(guó)本土逐漸成長(zhǎng)出了以中微半導(dǎo)體為代表的多家半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備供應(yīng)商(比如主攻硅刻蝕和金屬刻蝕的北方華創(chuàng)等)，且因中微在等離子體刻蝕機(jī)的質(zhì)量和數(shù)量上逐漸比肩國(guó)際大廠，躋身一線水平，美國(guó)商務(wù)部也因此取消了對(duì)中國(guó)刻蝕機(jī)的出口管制。

長(zhǎng)期以來，蝕刻機(jī)的核心技術(shù)一直被國(guó)外廠商壟斷，而中微半導(dǎo)體從65nm等離子介質(zhì)蝕刻機(jī)開始，45nm、32nm、28nm、16nm、10nm一路走下來，7nm蝕刻機(jī)也已經(jīng)運(yùn)行在客戶的生產(chǎn)線上，5nm蝕刻機(jī)即將被臺(tái)積電采用。

中微半導(dǎo)體首席專家、副總裁倪圖強(qiáng)博士表示，刻蝕機(jī)曾是一些發(fā)達(dá)國(guó)家的出口管制產(chǎn)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(shù)，出口限制就會(huì)不復(fù)存在。如今，中微與泛林、應(yīng)用材料、東京電子、日立4家美日企業(yè)一起，組成了國(guó)際第一梯隊(duì)，為7nm芯片生產(chǎn)線供應(yīng)刻蝕機(jī)。

不過要特別注意，中微半導(dǎo)體搞定5nm蝕刻機(jī)，完全不等于就可以生產(chǎn)5nm芯片了，因?yàn)槲g刻只是眾多工藝環(huán)節(jié)中的一個(gè)而已。

整體而言，我國(guó)半導(dǎo)體制造技術(shù)還差距非常大，尤其是光刻機(jī)，最好的上海微電子也只是做到了90nm的國(guó)產(chǎn)化。

當(dāng)然在另一個(gè)方面，我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)也在不同層面奮起直追，不斷縮小差距，比如依然很先進(jìn)的14nm工藝，在14nm 領(lǐng)域，北方華創(chuàng)的硅/金屬蝕刻機(jī)、北方華創(chuàng)的薄膜沉積設(shè)備、北方華創(chuàng)的單片退火設(shè)備、上海盛美的清洗設(shè)備，都已經(jīng)開發(fā)成功，正在進(jìn)行驗(yàn)證。