領先世界,中國造出5nm刻蝕機,已供貨臺積電

2020-12-06 騰訊網

根據臺積電的工藝路線圖，2020年就要量產5nm工藝，而中微半導體的5nm蝕刻機已經打入臺積電的供應鏈。這也是中國第一次在晶片製造設備上領先世界。

集成電路設備通常可分為前道工藝設備（晶圓製造）、後道工藝設備（封裝與檢測）等。因生產工藝複雜，工序繁多，所以生產過程所需要的設備種類多樣。

其中，在晶圓製造中，共有七大生產區域，分別是擴散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長（Dielectric DeposiTIon）、拋光（CMP）、金屬化（MetalizaTIon），所對應的七大類生產設備分別為擴散爐、光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設備、化學機械拋光機和清洗機，其中金屬化是把集成電路裡的各個元件用金屬導體連接起來，用到的設備也是薄膜生長設備。

在晶圓製造中，由於光刻、刻蝕、沉積等流程在晶片生產過程中不斷循環往復，是晶片前端加工過程的三大核心技術，其設備價值也最高。

光刻就是把晶片製作所需要的線路與功能區做出來。類似照相機照相。照相機拍攝的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是電路圖和其他電子元件,比如麒麟990擁有103億的電晶體，究竟是怎麼安裝上去的，電晶體就是用光刻技術雕刻出來的。

刻蝕是使用化學或者物理方法有選擇地從矽片表面去除不需要材料。主要有2種基本的刻蝕工藝：幹法刻蝕和溼法腐蝕。目前主流所用的是幹法刻蝕工藝，利用幹法刻蝕工藝的就叫等離子體刻蝕機。

在集成電路製造過程中需要多種類型的幹法刻蝕工藝，應用涉及矽片上各種材料。蝕刻機也分為三大類，分別是介質刻蝕機（CCP 電容耦合）、矽刻蝕機（ICP 電感耦合）、金屬刻蝕機（ ECR 電子回旋加速振蕩），這主要是因為電容性等離子體刻蝕設備在以等離子體在較硬的介質材料（氧化物、氮化物等硬度髙、需要髙能量離子反應刻蝕的介質材料；有機掩模材料）上，刻蝕通孔、溝槽等微觀結構；電感性等離子體刻蝕設備主要以等離子體在較軟和較薄的材料（單晶矽、多晶矽等材料）上，刻蝕通孔、溝槽等微觀結構。

電子回旋加速振蕩等離子體刻蝕設備主要應用於金屬互連線、通孔、接觸金屬等環節。金屬互連線通常採用鋁合金，對鋁的刻蝕採用氯基氣體和部分聚合物。鎢在多層金屬結構中常用作通孔的填充物，通常採用氟基或氯基氣體。

所以按材料來分，刻蝕主要分成三種:金屬刻蝕、介質刻蝕、和矽刻蝕，它們彼此的應用並不相同，不能互相替代，因此。通過與光刻、沉積等工藝多次配合可以形成完整的底層電路、柵極、絕緣層以及金屬通路等。

整體看矽刻蝕最難，其次介質刻蝕，最簡單的是金屬刻蝕。目前從事刻蝕機研發的企業共有北方華創和中微。

中微主要攻關的是介質刻蝕工藝和矽刻蝕工藝，中微半導體於2004年由尹志堯博士帶領的海歸人才創辦，尹志堯博士中國科學技術大學化學物理系，曾任職於中科院蘭州物理化學所，後來前往加利福尼亞大學洛杉磯分校留學，在矽谷Intel公司、LAM研究所、應用材料公司等電漿蝕刻供職16年。在半導體領域尹志堯個人擁有60多項技術專利，被稱為「矽谷最成功的華人之一」。

在一次世界半導體設備展上，尹志堯偶遇時任上海經委副主任的江上舟。江上舟仔細觀看了美國應用材料公司的設備後說：「看來刻蝕機比原子彈還複雜，外國人用它來卡我們的脖子，我們能不能自己把它造出來？」

在江上舟的鼓勵下，2004年8月，時年60歲的尹志堯決定回國創業。與此同時，他還說服並帶回了一批在矽谷主流半導體設備公司或研究機構工作多年的資深華裔工程師，這些人一起創立了中微半導體。

尹志堯立下目標，要用15年時間追趕，20年時間超越。中微目前做出的5nm刻蝕機就是介質刻蝕機。除了介質刻蝕之外，中微在矽刻蝕上也做出了重大的突破，中微TSV刻蝕設備已經裝備了在中國市場佔有率超過50%。

中微目前還在攻破金屬硬掩膜刻蝕領域，從而實現了矽刻蝕、介質刻蝕、金屬刻蝕的全覆蓋。除此之外，中微還在研究MOCVD設備，MOCVD是1968年由美國洛克威公司提出製備化臺物單晶薄膜的一項新技術。MOCVD成為了目前半導體化臺物材料製備的關鍵技術之一。廣泛應用於包括半導體器件、光學器件、氣敏元件、超導薄膜材料、鐵電/鐵磁薄膜、高介電材料等多種薄膜材料的製備。

4月17日，尹志堯介紹了公司2020年度的八大主要目標。其中，在研發方面涉及到三點，一是開發CCP刻蝕機下一代新產品，聚焦邏輯器件大馬士革刻蝕及存儲器極高深寬比刻蝕等高難度的應用，以滿足客戶集成電路最先進器件加工的要求；二是ICP刻蝕機Nanova單反應腔系統完成多家客戶驗證，Twinstar雙反應腔產品在客戶完成初始驗證；三是Mini-LED MOCVD新設備和UV-LED MOCVD新設備各在兩家客戶驗證。

除了中微，北方華創在矽刻蝕、金屬刻蝕上達到了世界主流水平，目前在攻克7nm刻蝕設備。

也希望其他的廠商也可以不斷努力，在晶片製造設備上趕超世界。

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