中微5nm蝕刻機將用于臺積電5nm芯片制造

作為全球頭號代工廠(chǎng)，臺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(kāi)始風(fēng)險試產(chǎn)，預計2020年量產(chǎn)。

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

據了解，在臺積電的5nm生產(chǎn)線(xiàn)中，就將有來(lái)自深圳中微半導體的5nm等離子體蝕刻機，自主研發(fā)，近日已經(jīng)通過(guò)了臺積電的驗證，將用于全球首條5nm工藝生產(chǎn)線(xiàn)。

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

據介紹，等離子體刻蝕機是芯片制造中的一種關(guān)鍵設備，用來(lái)在芯片上進(jìn)行微觀(guān)雕刻，每個(gè)線(xiàn)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(wàn)分之一，精度控制要求非常高。

比如，16nm工藝的微觀(guān)邏輯器件有60多層微觀(guān)結構，要經(jīng)過(guò)1000多個(gè)工藝步驟，攻克上萬(wàn)個(gè)技術(shù)細節才能加工出來(lái)。

中微半導體CEO尹志堯形容說(shuō)：“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在芯片上的加工工藝，相當于可以在米粒上刻10億個(gè)字的水平。”

或許在很多人看來(lái)，刻蝕技術(shù)并不如光刻機那般“高貴”，但刻蝕在芯片的加工和生產(chǎn)過(guò)程中同樣不可或缺。實(shí)際上，刻蝕機主要是按照前段光刻機“描繪”出來(lái)的線(xiàn)路來(lái)對晶片進(jìn)行更深入的微觀(guān)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(xiàn)路圖案。通俗來(lái)講，光刻機的作用就好比雕刻之前在木板或者石板上描摹繪線(xiàn)，而刻蝕機則需要嚴格按照光刻機描繪好的線(xiàn)條來(lái)“雕刻”出刻痕圖案。所以，在芯片的整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程中需要先用到光刻機，然后才用到刻蝕機，接下來(lái)重復地使用兩種設備，直至完整地將設計好的電路圖搬運到晶圓上為止。

芯片量產(chǎn)工藝流程

但在過(guò)去，由于大陸并不具備可量產(chǎn)半導體刻蝕設備的能力，基本上都是依靠進(jìn)口，而美歐等國為防止中國半導體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，多年以來(lái)一直對該領(lǐng)域實(shí)行技術(shù)封鎖。由于半導體設備動(dòng)輒千萬(wàn)上億的研發(fā)成本以及超高的技術(shù)難度，導致中國大陸在該領(lǐng)域一直以來(lái)走的十分艱難。不過(guò)，2015年之后，中國本土逐漸成長(cháng)出了以中微半導體為代表的多家半導體刻蝕設備供應商(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的質(zhì)量和數量上逐漸比肩國際大廠(chǎng)，躋身一線(xiàn)水平，美國商務(wù)部也因此取消了對中國刻蝕機的出口管制。

長(cháng)期以來(lái)，蝕刻機的核心技術(shù)一直被國外廠(chǎng)商壟斷，而中微半導體從65nm等離子介質(zhì)蝕刻機開(kāi)始，45nm、32nm、28nm、16nm、10nm一路走下來(lái)，7nm蝕刻機也已經(jīng)運行在客戶(hù)的生產(chǎn)線(xiàn)上，5nm蝕刻機即將被臺積電采用。

中微半導體首席專(zhuān)家、副總裁倪圖強博士表示，刻蝕機曾是一些發(fā)達國家的出口管制產(chǎn)品，但近年來(lái)，這種高端裝備在出口管制名單上消失了。這說(shuō)明如果我們突破了“卡脖子”技術(shù)，出口限制就會(huì )不復存在。如今，中微與泛林、應用材料、東京電子、日立4家美日企業(yè)一起，組成了國際第一梯隊，為7nm芯片生產(chǎn)線(xiàn)供應刻蝕機。

不過(guò)要特別注意，中微半導體搞定5nm蝕刻機，完全不等于就可以生產(chǎn)5nm芯片了，因為蝕刻只是眾多工藝環(huán)節中的一個(gè)而已。

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

當然在另一個(gè)方面，我國的半導體技術(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、北方華創(chuàng )的薄膜沉積設備、北方華創(chuàng )的單片退火設備、上海盛美的清洗設備，都已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功，正在進(jìn)行驗證。