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干货||芯片制造全过程,看半导体设备全布局

浏览数量:5     作者:本站编辑     发布时间: 2021-08-04      来源:本站

中兴华为遭遇断供危机之后,芯片成为大众关注的焦点,对于很多关心国产芯片的人来说,难免会困惑一个问题,如果使用国产半导体设备到底能够制造出几纳米的芯片?与国外的差距到底有多大?


在网上我们偶尔能看到单个国产设备突破的消息,很容易让人误以为我们芯片制造能力总体就提升了,但衡量木桶能装多少水,要看最短的那一块。


芯片制造过程

制造芯片的原料是沙子,在经过提纯之后,将多晶硅放入石英坩埚中加热熔解,拉制成单晶硅棒,然后切片、抛光就得到了硅圆片,这相当于制作芯片的地基。


制作好的硅片,在表面均匀涂抹好光刻胶,进入晶体管制作环节,接下来就是对晶圆进行光刻,被光照的部位光刻胶发生变化,通过显影液的化学反应,被光照的光刻胶溶解,之后利用化学原理进行刻蚀,完了进行薄膜生长、抛光、离子注入等,以此类推,重复以上步骤,就能够制作好我们想要的晶体管。


在布线环节,还是不断重复光刻、刻蚀、薄膜生长、抛光、清洗等步骤,将基板上的晶体管连接起来,像修房子一样搭出一个复杂的集成电路,这是芯片制造的核心部分。


半导体设备全布局 (1)


将制作好的晶圆进行切割划片,将其从晶圆上取下,经过封装、检测,一块芯片就基本制作完成了。


芯片制造通俗的理解就是修房子,土地相当于硅片,地基相当于晶体管,上面的楼层相当于晶体管连接的电路,楼层的高低反映集成电路的复杂程度,从硅片到芯片大约需要1000多道工序。


制作一个晶体管并不难,难的是将几十亿个甚至上百亿个晶体管集成在指甲盖大小的芯片上,单个晶体管比头发丝还要小几千倍。


制程工艺


我们常所说的5纳米、7纳米芯片,这个“几纳米”到底是什么意思?是代表晶体管的大小,还是两个晶体管的距离,还是其他意思呢?


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“几纳米”是指制程工艺,叫特征线宽,或者叫栅长,可以理解为最小布线宽度,也就是我们把基板上的晶体管制作好了之后,将晶体管连接起来的铜线的最小宽度。


所以我们说的“几纳米”,跟两个晶体管的间距和晶体管尺寸不是同一个概念,实际的晶体管会更大一些,像台积电的7nm工艺,两个晶体管的间距分别是57nm和40nm,一个晶体管的面积远比想象的要大;


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另外,制程工艺没有统一标准,每个晶圆厂为了营销宣传,命名方式有所不同,比如台积电的7nm工艺与英特尔的10nm工艺,两者晶体管的密度差不多,性能也差不多,但听上去台积电会更先进一些。


总的来说,我们可以简单理解为,制程工艺越先进,芯片上集成的晶体管就越多,功耗越小。


芯片制造的难点


对硅片纯度要求非常高


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我们通常说的千足金,金含量为99.9%,也就是3个9,光伏所用到的硅片是6个9,而制造芯片用到的硅,纯度要求达到11个9,不仅纯度要高,而且硅片的尺寸要大,制备高纯大硅片成为硅片厂的核心机密。


半导体设备精度要求高


晶体管越小,对半导体设备精度要求越高,光刻机是最核心的一个,不同的光源对光刻胶的敏感度要求也不同,所以光刻胶也得按光源迭代。


另外,刻蚀、薄膜生长、离子注入等工艺,随技术节点不同,用到的设备也不同,一代技术、一代设备、一代产品是半导体的基本特点,这也是芯片制造难点所在,需要全产业链配套。


半导体设备有哪些?


半导体设备种类大体有十大类,细分有上百种,占市场份额比较大的设备主要有光刻机、刻蚀机、薄膜沉积、离子注入、清洗和测试设备。


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我们国内的半导体设备公司主要有北方华创、中微公司、长川科技、精测电子、华峰测控、至纯科技、万业企业等;没有上市的公司主要有上海微电、中电科、沈阳拓荆、盛美半导体、屹唐半导体,所有半导体国内公司均有布局。


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从市场份额来看,前道设备,也就是芯片制造设备所占半导体设备的份额为85%,后道封装测试设备占比15%,我们主要说前道设备。


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