造晶片到底有多難?單看這幾個技術就知道不一般!

2020-12-05 數字中國

自老美對我國實施技術封堵後,高科技產業方面影響就比較多,特別是晶片製造方面,即便我們有晶片設計技術,但若沒製造能力,同樣只能望洋興嘆,故近一年來自力更生造晶片風潮流很盛。但是晶片到底有多難造?各位可能只懂其一不懂其二。

那到底有多難呢?

首先,自然是晶圓的提取,這是晶片製造的基礎原料。簡單來說,把晶圓切割後,經過光刻加工,最後得到晶片。

晶片製造的晶圓,主要成分是矽,要達到晶片製造標準,對這種「矽晶圓」的矽含量要達到「十一個九」的純度,即是99.999999999%。一般將純度為98%左右的粗矽,再經過鹽酸氯化和蒸餾,就可以得到高純度的多晶矽。而多晶矽可以用於光伏產業(太陽能發電),但還不能用於晶片製造,這時還得用柴可拉斯基法(Czochralski process)把多晶矽轉換為單晶矽。

說到光刻機,就說到ASML,全球就這一個公司才能提供這種設備。目前最新的設備是採用EUV(Extreme Ultraviolet,極紫外線)對晶圓進行光刻,嗯,也就是三星和臺積電最新5nm製程工藝使用的技術。而像Intel,現在還不能挺進10nm製程門檻,是因為還停留在DUV(Deep Ultravi,深紫外線)工藝。

極紫外線,波長為13.5nm,與可見光中波長最短的紫光相比,可見光中的紫光波長約為380-450nm。要發出這種光,對技術及工藝等有特別嚴格的要求。簡單來說,就是在ASML光刻機內部,先把極高純度的金屬錫加熱到熔化,再將其噴到真空之中。噴出的錫看起來好像一條線,其實是高速移動的,直徑為30微米的錫珠(滴),產生的速度是每秒鐘5萬顆。然後,先用雷射照射這些錫珠(滴),使其變為粉餅狀,產生更大的表面積。再以高功率的二氧化碳雷射照射這些粉餅,這樣,就得到了高熱等離子體,放射出極紫外線。

當然,光刻機的每一個關鍵技術都不容易,每一個都是頂尖科技,否則也就不會僅ASML才能做這個。也應該能想到,整個產業鏈的協同也是必須,不同部件由不同廠商供貨,ASML就像最終的集成商。

ASML光刻機這個設備除過技術方面的絕對厲害外,對環境的要求也非常苛刻。其對空氣潔淨度的要求,做一個簡單對比:在美國航空航天署組裝詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的無塵房間,其清潔度達到了CleanRoom ISO 7,也就是每立方米的空氣中,大於0.5微米的微粒數量不得超過35.2萬個。但是,ASML廠房的清潔度必須達到ISO 1,也就是說,每立方米空氣中,小於0.1微米的微粒數量不得大於10個(大於該尺寸的微粒不得存在)。而在普通人生活的正常環境,其「汙染指數」是ISO 1的500萬倍。

造晶片的技術不是普通人所能預想的那麼簡單,我們國家要在這方面更進一步,應該還有不少路要走。

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