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第83章芯片制造設備



IC 芯片全名積體電路(Integrated Circuit),它是将設計好的電路,以堆疊的方式組合起來,藉由這個方法,我們可以減少連接電路時所需耗費的面積。

由此可見,芯片制造其實就是進行原子級别的制造,精度要求非常苛刻,這也是爲什麽國内無法生産CPU的原因。

芯片在結構上分爲三層。

第一,晶圓層。

從 IC 芯片的 3D 剖面圖來看,底部的部分就是晶圓,晶圓基闆在芯片中扮演地基的角色。

第二,邏輯閘層。

在 IC 電路中,晶圓上面的部分叫做邏輯閘層,它是整顆 IC 中最重要的部分,藉由将多種邏輯閘組合在一起,完成功能齊全的 IC 芯片,結構非常複雜。

第三,連接層。

邏輯閘上面還有一層連接層,不會有太複雜的構造,這一層的目的是将邏輯閘需要連接的部分相連在一起,相當于導線。

芯片中通常需要很多層連接層,是因爲有太多線路要連結在一起,在單層無法容納所有的線路下,就要多疊幾層來達成這個目标了。在這之中,不同層的線路會上下相連以滿足接線的需求。

如果要以油漆噴罐做精細作圖時,我們需先割出圖形的遮蓋闆,蓋在紙上,接着再将油漆均勻地噴在紙上,待油漆乾後,再将遮闆拿開。

不斷的重複這個步驟後,便可完成整齊且複雜的圖形。制造 IC 就是以類似的方式,藉由遮蓋的方式一層一層的堆疊起來。

芯片在制造過程中分爲四種步驟,雖然實際制造時,制造的步驟會有差異,使用的材料也有所不同,但是大體上皆采用類似的原理。

這個流程和油漆作畫有些許不同,IC 制造是先塗料再加做遮蓋,油漆作畫則是先遮蓋再作畫。

第一步,金屬濺鍍:将欲使用的金屬材料均勻灑在晶圓片上,形成一薄膜。

第二步,塗布光阻:先将光阻材料放在晶圓片上,透過光罩,将光束打在不要的部分上,破壞光阻材料結構。接着,再以化學藥劑将被破壞的材料洗去。

第三步,蝕刻技術:将沒有受光阻保護的矽晶圓,以離子束蝕刻。

第四步,光阻去除:使用去光阻液皆剩下的光阻溶解掉,如此便完成一次流程。

最後便會在一整片晶圓上完成很多 IC 芯片,接下來隻要将完成的方形 IC 芯片剪下,便可送到封裝廠做封裝。

目前全球主要晶圓代工廠有格羅方德、三星電子、Tower Jazz、Dongbu、美格納、IBM、富士通、英特爾、海力士、台積電、聯電、中芯國際、力晶、華虹、德茂、武漢新芯、華微、華立、力芯,等等。

目前中國的芯片産業就是阻礙在這個地方,無法制造世界一流的芯片,很多同樣的芯片,國内的僅僅可以拆裝一兩次就壞掉,而國外的芯片可以連續拆裝四五次,久而久之國産芯片成了劣質的代名詞。

所以國外的芯片更加受歡迎,而國内的國産芯片難有競争力,目前全國絕大部分芯片都靠進口。

每年全球半導體市場規模達3200億美元,全球54%的芯片都出口到中國,但國産芯片的市場份額隻占10%。

全球77%的手機是中國制造,但其中不到3%的手機芯片是國産的。

我國芯片産業長期被國外廠商控制,不僅每年進口需要消耗2000多億美元外彙,超過了石油和大宗商品,是第一大進口商品。

由于發達國家的技術封鎖,很多高科技設備無法進口受制于人的技術設備直接制約了我國信息産業的發展,而我國每年不得不花費兩千億美元的資金進口。

可不要小看了兩千億,這可是實打實的資金,而全國M2總額也才30萬億美元,所謂M2,就是全國所有的現金流的總和,全國人民沒有絲毫泡沫的真正的财富,财富并不是無窮無盡的。

半導體芯片産業擁有上萬億美元巨大的市場。

芯片是未來衆多高技術産業的基礎,芯片設計制造技術成爲世界主要大國競争的最重要領域之一。

而芯片生産設備又爲芯片大規模制造提供制造基礎,因此更是整個半導體芯片産業金字塔頂端的尖尖。

那麽這些設備到底是什麽什麽設備呢?

1、光刻機

功能:在半導體基材上(矽片)表面勻膠,将掩模版上的圖形轉移光刻膠上,把器件或電路結構臨時“複制”到矽片上。

主要企業(品牌):

國際:荷蘭阿斯麥(ASML)公司、美國泛林半導體公司、日本尼康公司、日本Canon公司、美國ABM公司、德國德國SUSS公司、美國MYCRO公司。

國内:中國電子科技集團第四十八所、中國電子科技集團第四十五所、上海機械廠、成都南光實業股份有限公司。

2、ICP等離子體刻蝕系統

設備功能:一種或多種氣體原子或分子混合于反應腔室中,在外部能量作用下(如射頻、微波等)形成等離子體,一方面等離子體中的活性基團與待刻蝕表面材料發生化學反應,生成可揮發産物;另一方面等離子體中的離子在偏壓的作用下被引導和加速,實現對待刻蝕表面進行定向的腐蝕和加速腐蝕。

主要企業(品牌):

國際:英國牛津儀器公司、美國Torr公司、美國Gatan公司、英國Quorum公司、美國利曼公司、美國Pelco公司。

國内:北京儀器廠、北京七星華創電子有限公司、中國電子科技集團第四十八所、戈德爾等離子科技(香港)控股有限公司、中國科學院微電子研究所、北方微電子、北京東方中科集成科技股份有限公司、北京創世威納科技。

3、反應離子刻蝕系統

設備功能:平闆電極間施加高頻電壓,産生數百微米厚的離子層,放入式樣,離子高速撞擊式樣,實現化學反應刻蝕和物理撞擊,實現半導體的加工成型。

主要企業(品牌):

國際:日本Evatech公司、美國NANOMASTER公司、新加坡REC公司、韓國JuSung公司、韓國TES公司。

國内:北京儀器廠、北京七星華創電子有限公司、成都南光實業股份有限公司、中國電子科技集團第四十八所。

4、離子注入機

設備功能:對半導體表面附近區域進行摻雜。

主要企業(品牌):

國際:美國維利安半導體設備公司、美國CHA公司、美國AMAT公司、Varian半導體制造設備公司(被AMAT收購)。

國内:北京儀器廠、中國電子科技集團第四十八所、成都南光實業股份有限公司、沈陽方基輕工機械有限公司、上海矽拓微電子有限公司。

5、單晶爐

設備功能:熔融半導體材料,拉單晶,爲後續半導體器件制造,提供單晶體的半導體晶坯。

主要企業(品牌):

國際:德國PVA TePla AG公司、日本Ferrotec公司、美國QUANTUM DESIGN公司、德國Gero公司、美國KAYEX公司。

國内:北京京運通、七星華創、北京京儀世紀、河北晶龍陽光、西安理工晶科、常州華盛天龍、上海漢虹、西安華德、中國電子科技集團第四十八所、上海申和熱磁、上虞晶盛、晉江耐特克、甯夏晶陽、常州江南、合肥科晶材料技術有限公司、沈陽科儀公司。

6、晶圓劃片機

該芯片生産設備功能:把晶圓切割成小片。

主要企業(品牌):

國際:日本DISCO公司、德國OEG公司。

國内:中國電子科技集團第四十五所、北京科創源光電技術有限公司、沈陽儀器儀表工藝研究所、西北機器有限公司(原國營西北機械廠709廠)、彙盛電子電子機械設備公司、蘭州蘭新高科技産業股份有限公司、大族激光、深圳市紅寶石激光設備有限公司、武漢三工、珠海萊聯光電、珠海粵茂科技。

7、晶片減薄機

設備功能:通過抛磨,把晶片厚度減薄。

主要企業(品牌):

國際:德國G&N公司、日本DISCO公司、日本OKAMOTO公司、以色列Camtek公司。

國内:蘭州蘭新高科技産業股份有限公司、深圳方達研磨設備制造有限公司、深圳市金實力精密研磨機器制造有限公司、炜安達研磨設備有限公司、深圳市華年風科技有限公司。

8、氣相外延爐

氣相外延爐設備功能:爲氣相外延生長提供特定的工藝環境,實現在單晶上,生長與單晶晶相具有對應關系的薄層晶體,爲單晶沉底實現功能化做基礎準備。氣相外延即化學氣相沉積的一種特殊工藝,其生長薄層的晶體結構是單晶襯底的延續,而且與襯底的晶向保持對應的關系。

主要企業(品牌):

國際:美國CVD Equipment公司、美國GT公司、法國Soitec公司、法國AS公司、美國Proto Flex公司、美國科特·萊思科(Kurt J.Lesker)公司、美國Applied Materials公司。

國内:中國電子科技集團第四十八所、青島賽瑞達、合肥科晶材料技術有限公司、北京金盛微納、濟南力冠電子科技有限公司。

9、分子束外延系統

此芯片生産設備功能:分子束外延系統,提供在沉底表面按特定生長薄膜的工藝設備;分子束外延工藝,是一種制備單晶薄膜的技術,它是在适當的襯底與合适的條件下,沿襯底材料晶軸方向逐層生長薄膜。

主要企業(品牌):

國際:美國Veeco公司、美國SVTAssociates公司、美國NBM公司、法國Riber公司、芬蘭DCA Instruments公司、德國Omicron公司、德國MBE-Komponenten公司、英國Oxford Applied Research(OAR)公司。

國内:沈陽中科儀器、北京彙德信科技有限公司、紹興匡泰儀器設備有限公司、沈陽科友真空技術有限公司。

10、氧化爐(VDF)

設備功能:提供要求的氧化氛圍,實現半導體預期設計的氧化處理過程,爲半導體材料進行氧化處理,是半導體加工過程的不可缺少的一個環節。

主要企業(品牌):

國際:英國Thermco公司、德國Centrotherm thermal solutions GmbH Co.KG公司。

國内:青島福潤德、北京七星華創、中國電子科技集團第四十八所、青島旭光儀表設備有限公司、中國電子科技集團第四十五所。

11、低壓化學氣相澱積系統

設備功能:把含有構成薄膜元素的氣态反應劑或液态反應劑的蒸氣及反應所需其它氣體引入LPCVD設備的反應室,在襯底表面發生化學反應生成薄膜。

主要企業(品牌):

國際:日本日立國際電氣公司、

國内:中國電子科技集團第四十八所、上海馳艦半導體科技有限公司、中國電子科技集團第四十五所、北京儀器廠、上海機械廠。

12、等離子體增強化學氣相澱積系統

設備功能:在沉積室利用輝光放電,使其電離後在襯底上進行化學反應,沉積半導體薄膜材料。

主要企業(品牌):

國際:日本Tokki公司、日本島津公司、美國Proto Flex公司、美國泛林半導體(Lam Research)公司、荷蘭ASM國際公司。

國内:北京儀器廠、中國電子科技集團第四十五所、上海機械廠。

13、磁控濺射台

芯片生産設備功能:通過二極濺射中一個平行于靶表面的封閉磁場,和靶表面上形成的正交電磁場,把二次電子束縛在靶表面特定區域,實現高離子密度和高能量的電離,把靶原子或分子高速率濺射沉積在基片上形成薄膜。

主要企業(品牌):

國際:美國Vaportech公司、美國AMAT公司、美國PVD公司、荷蘭Hauzer公司、英國Teer公司、瑞士Platit公司、瑞士Balzers公司、德國Cemecon公司。

國内:中國電子科技集團第四十八所、北京儀器廠、沈陽中科儀器、成都南光實業股份有限公司、科睿設備有限公司、上海機械廠。

14、化學機械抛光機

設備功能:通過機械研磨和化學液體溶解“腐蝕”的綜合作用,對被研磨體(半導體)進行研磨抛光。

主要企業(品牌):

國際:美國Applied Materials公司、美國諾發系統公司、美國Rtec公司。

國内:蘭州蘭新高科技産業股份有限公司、愛立特微電子。

15、引線鍵合機

設備功能:把半導體芯片上的Pad與管腳上的Pad,用導電金屬線(金絲)鏈接起來。

主要企業(品牌):

國際:德國TPT公司、美國奧泰公司、奧地利奧地利FK公司、馬來西亞友尼森(UNISEM)公司。

國内:中國電子科技集團第四十五所、北京創世傑科技發展有限公司、宇芯(成都)集成電路封裝測試有限公司(馬來西亞友尼森投資)、深圳市開玖自動化設備有限公司。

16、探針測試台

芯片生産設備功能:通過探針與半導體器件的pad接觸,進行電學測試,檢測半導體的性能指标是否符合設計性能要求。

主要企業(品牌):

國際:美國QA公司、美國MicroXact公司、德國Ingun公司、韓國Ecopia公司、韓國Leeno公司。

國内:中國電子科技集團第四十五所、北京七星華創電子有限公司、瑞柯儀器、華榮集團、深圳市森美協爾科技。

中國半導體芯片産業要實現從落後走向引領的跨越,半導體制造裝備産業将是最重要也是最難的環節,目前國産設備的技術水平遠遠無法和國外發達國家相比,想要在芯片産業上面站穩腳跟,高科技設備制造技術水平必須達到世界一流水平,否則永遠是美國韭菜。

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