大家好,這裡是前言論!
不知道大家有沒有想過,以我國目前的水平,能建一個多少納米製成的芯片代工廠?要知道我國是全世界唯一個擁有半導體“全產業鏈”的國家,按照道理來說,我們應該可以完全依靠自己的能力組建一個芯片代工廠了。
相信很多人和我一樣對這個問題非常好奇,先來理一理造個芯片代工廠都需要什麼東西或者說需要什麼設備和材料。
製造一枚芯片需要以下三大步驟:
一、單晶硅片製造、前道工序、後道工序。
單晶硅片製造顧名思義就是造硅片,在這個步驟中大致分為6個小流程,分別是拉單晶、磨外圓、切片、倒角、研磨,最後是cmp拋光。
前道工序中大致分為8個小流程,分別是擴散、薄膜沉積、光刻、刻蝕、離子注入、cmp拋光、金屬化、測試,根據芯片類型不同、製成不同,擴散到離子注入這個環節可能要重複進行若干次。
同時這其中還要穿插着清洗的步驟,比如擴散前清洗、刻蝕後清洗等。
後道工藝中大致分為7個小流程,分別是背面剪薄、晶圓切割、貼片、引線鍵合、模塑、切筋成型和終測。
這三大工序中,芯片代工廠做的最多的是前道工序,後道工序代工廠也會做一些,但更多的會交給封測廠去做,晶元製造屬於半導體材料領域。
而材料則包括硅片、電子特氣、光掩膜、光刻膠、光刻膠輔助材料、濕化學品、靶材、拋光等。
看完這些就明確了對於一個芯片代工廠來說,前道工序的設備和涉及到的材料是最為重要的,於是我們就有了這麼一個邏輯,想要造一個芯片代工廠就必須得有八大設備。
擴散、薄膜沉積、光刻、刻蝕、離子注入、cmp拋光、清洗和測試。
八大材料:
硅片、電子特氣、光掩膜、光刻膠、光刻膠輔助材料、濕化學品靶材、拋光。
眾所周知,生產一枚芯片需要經過上千道工序,任何一道工序出錯了就會極大的降低芯片的良品率,進而導致代工廠的成本飆升。
這就是一個標準的木桶原理,短板多短,決定了製成的先進程度。
明白這個概念之後,我們按照上面的邏輯開始探索,以國內的技術到底能建一個多少納米製成的代工廠。
首先氧化擴散設備,國內做的最好的是北方華創,目前來產品的技術節點達到了14納米。
薄膜沉積設備主要是pvd和cvd兩個領域,CVD裡面有一個細分叫ald,原子氣相沉積,是目前最先進的技術,Pvd這塊還是北方華創,目前北方華創PvT產品的技術節點應該在28納米,但是有消息說14納米的產品進入生產線驗了。
還有一家企業叫瀋陽拓荊,專注於cvd領域的公司,技術和北方華創差不多,ald設備能做到14納米,不過瀋陽拓荊在CVD方面有一套專門為128層3d NAND技術設計的CVD設備,算是獨門絕技。
光刻設備,光刻工序裡面有兩道設備,一道是大家非常熟悉的光刻機,一道叫做塗膠顯影機,我們先說塗膠顯影機,國內有一家公司叫芯源微,是專門做塗膠顯影機的,目前公司最先進的產可以滿足28納米製程工藝,14四納米節點的產品還在研發當中。
光刻機是最令人頭疼的一個環節,國內目前只有上海微電子的90納米光刻機,而且聽說非常不好用,被人嫌棄扔在角落,當然也有消息說上微正在研發28納米光刻機。
刻蝕環節是我們的強項,有大名鼎鼎的中威半導體,目前中威的介質刻蝕技術節點已經到5納米了,成功打入台積電的生產線,並且也完成了3D NAND刻蝕工藝中最難的“超深寬比刻蝕”工藝的研發,已經申請了專利。
離子注入,國內有兩個企業在做,中科信和凱世通,目前來說兩家技術並沒有特別大的差距,中科信的離子注入設備目前可以做到22納米技術節點,凱世通28納米,可以認為離子注入目前滿足的是22納米製成需求。
CMP拋光,華海清科從官網的信息來看,目前華海清科的拋光設備最高可以滿足14納米製成的需求。
清洗設備,目前有北方華創、盛美半導體、至純科技和芯源微在做,從官網公布的產品來看,北方華創產品的技術節點目前在28納米,盛美半導體的技術也在28,所以清洗這塊就定在28。
最後一個是前道檢測設備,目前做的不錯的有4家企業,睿勵科學、中科飛測、上海精測和賽騰股份,睿勵科學的產品已經應用在28納米產品線中,14納米正在驗證中,所以前道檢測設備按照28納米算比較合適。
總結,國產半導體設備目前的技術情況是這樣,除了光刻機之外,所有設備的技術節點都達到了28納米,有部分設備進入14納米,如果只看設備這一個維度的話,完全可以造一個100%純國產的芯片代工廠。
但是目前光刻機暫時達不到要求,但是生產28納米不需要最先進的EUV,甚至也不需要DUV,換句話說買個二手的光刻機也就是人家已經淘汰的光刻機是一樣可以幹活的,然後等着上微的新光刻機下線,這是一條非常實用也非常符合實際需求的路子。
但是當我們把材料考慮進來的時候是不行的,畢竟製造芯片只有設備,沒有材料是不行的。
然而滬硅產業旗下的新生半導體已經量產了,可用於28納米製成了300毫米晶圓,光刻膠理論上來說也沒問題,南大光電的ArF光刻膠已經在廠子裡驗證挺久時間了,估計馬上就要量產了,拋光液也沒問題,安集科技完全可以生產28納米的拋光液,光罩也沒有問題,中興國際長江存儲都會做,實在不行讓他們來幫忙也可以,但是注意細節來了,電子特氣、拋光墊、高純靶材和濕化學品這幾個領域說真的國內現在還沒法做到100%完全覆蓋。
比如90%的拋光墊來自美國陶氏,某些高純特氣、靶材、濕化學品來自日本和美國,不過辦法總會有的,材料和設備是不一樣的,現在大部分設備都帶有定位功能,如果不是指定位置那機器是沒法工作的,但是材料這個東西它不能被定位,這裡面可操作的範圍就大了。
最後的結論:
以國內目前的技術情況,在購買二手ASML光刻機且不考慮工藝的前提下,可以組建一個95%國產率的芯片代工廠。
等到上微最新的光刻機下線,那就是100%純國產28納米製成芯片代工廠了。