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完全使用国产技术和设备,我国能制造多少nm的芯片?

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创意酱007 2021-04-11 10:35
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在美国芯片大棒的挥舞下,华为手机已由接近世界第一下滑到前五之外,而且随着储存芯片的耗尽,华为手机告别市场是大概率的事情。可能许多人期待美国有天突然“开恩”,解封芯片禁令,这可以明确地告诉你,那是不可能的幻想,打压中国高科技公司是美国的国家战略,永远不会改变。

你可能说那小米、OPPO公司芯片不是没禁吗?科普一下,小米、联想那种组装公司根本不能算高科技公司,他们就是组装外国设备,自己赚点辛苦费,大部分利润是别人的,说白了就是替别人打工。

那么问题来了,如果外国全部封禁,我们依靠自己的技术和设备能生产什么级别的芯片?

众所周知,芯片生产有两个关键点:制造技术和制造设备。

技术方面,我们的中芯国际有能量产12 nm芯片的技术,而且良品率达到95%,12nm技术水准已经相当成熟了。7nm技术已开始流片,技术障碍不存在了,下一步通过技术提升来提高良品率。但是中芯国际生产用的海外设备占比达90%,国产设备仅仅10%,国产设备还任重道远。接下来就主要讲芯片制造的设备差距。

芯片的生产有设计、制造、封装、测试四个环节,后三个环节就是芯片制造,芯片生产工序繁多,大约有一百多道,使用设备也非常多,估计有六十多种。这里我们就讲最关键的三道工序:单晶硅片制造、前道工序、后道工序。

| 01 单晶硅片制造

单晶硅片制造就是我们通常说的砂子变成晶圆,此过程的技术含量不是特别高,我们的技术和设备生产一流的晶圆基本够用,能达到14nm水平。国内龙头企业沪硅产业、昱辉阳光能源,它们的300mm的晶圆可用于14nm的工艺。

| 02 前道工序

前道工序是芯片制造最核心的流程,通过这过程晶圆制造成为芯片。主要有8个工序:扩散、薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入、CMP抛光、金属化、测试。所以至少有8类关键设备:

1.扩散。是在高温条件下将掺杂材料扩散入硅片,以形成不同的电特性区域,主要设备为扩散炉。 我国的北方华创生产的扩散炉能用于14nm产品。

2.薄膜沉积。是在芯片上形成被膜的过程,我国生产此设备企业主要有北方华创、沈阳拓荆,他们的最新工艺是14nm,正在开发5-7nm技术。我国薄膜沉积设备国产化率仅为2%。

3.光刻:就是以光为刀在芯片上刻电路图,设备为光刻机。国内水平最高的为上海微电子,其最新型号SSA600/20光刻机工艺达到90nm。据称反复曝光可以生产28 nm,但要增加近百次工序,良品率极低,只有理论上可能,不会有公司采用,道理和ASML的深紫外(DUV)光刻机理论也能生产5nm芯片一样。目前,最先进的ASML光刻机为5 nm,差距非常大。

4.刻蚀。就是将光刻在芯片上电路图的衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离,主要设备是刻蚀机。国内最高水平为中微半导体,其生产的刻蚀机已达到了5nm,进入世界一流水平。

5.离子注入。是对通过对芯片表面进行离子掺杂改变其导电类型,设备为离子注入机。国内有中科信、凯世通公司生产的离子注入机工艺为28nm左右,中科信的22nm离子注入机已接近定型生产。

6.CMP抛光。就是通过化学和机械作用实现晶圆的全局均匀平坦化。国内最好公司有华海清科、中电科,可达到14nm。

7.金属化。就是将金属薄膜沉积到晶片使上面电路连接,设备为薄膜生长设备以及清洁机。国内企业为北方华创和盛美半导体,其产品可用于14nm芯片制造。

8.测试。就是通过对芯片的信号来判断其功能和性能是否达到设计要求过程,主要设备测试机。国内公司睿励科学、中科飞测公司水平较高,工艺达到28nm。

总的来看,貌似还不错,除了光刻机90 nm水平外,基本都在14-28 nm之间,好像大部分芯片都能生产。但根据短板理论,芯片制程高低取决最差的环节,所以全部用国产设备,我们只能生产90nm的芯片。

| 03 后道工序

后道工序技术难度不是很高,我们的封测厂商已经达到5nm的技术标准,处于世界一流水平。主要国内厂商有江苏长电、天水华天、通富微电,都能做到5nm。

因此,我国的芯片制造设备短板还很突出,全部使用国产设备最多只能制造90nm芯片,除光刻机外其他设备进步明显,基本能生产主流成熟芯片,特别是封装设备已经接近国际一流水平。

关于短板光刻机,国家已启动02项目,由多家公司分工攻关,协同推进,相信45nm光刻机很快就会有消息。至于网上传说的上微电子2022年推出28nm光刻机消息,从技术推进的台阶来看,应该在攻克45nm以后才有可能。

下一篇我们讲我国芯片制造材料与世界先进水平的差距,敬请关注。

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