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中国半导体在三个领域打破了国外垄断

作者:半导体行业观察 发布日期:2017年3月13日 星期一

 摘要: 十五年前,在集成电路领域有那么一句话,那就是“除了水和空气,其他做芯片的东西都需要进口”。诚然,中国大陆在集成电路领域落后于欧美日韩等先进国家。 在CCTV2昨晚的《中国大陆财经报道》中指出,全球有50%以上的彩电,70%以上的智能手机和平板都是由中国大…

十五年前,在集成电路领域有那么一句话,那就是“除了水和空气,其他做芯片的东西都需要进口”。诚然,中国大陆在集成电路领域落后于欧美日韩等先进国家。

在CCTV2昨晚的《中国大陆财经报道》中指出,全球有50%以上的彩电,70%以上的智能手机和平板都是由中国大陆制造的,但是应用在这些电子产品的芯片,则90%以上依赖进口。中国大陆每年进口芯片总额超过2000亿美元。因此对中国大陆来说,需要从集成电路领域进行建设创新。

从2014年以来,中国大陆已经在芯片制造、设计和封测等多个领域进行投资建设,并取得了不错的效果。但在材料和设备领域,由于受限于其他国家的出口限制,中国大陆在半导体材料和设备方面只能受制于人,有很多高端设备并不能获取得到。但是在一些中国大陆企业家的努力下,中国大陆在设备和材料领域都有了新的突破。下面就为大家介绍三家在设备和材料领域打破了国外垄断的中国大陆企业:

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

集成电路的主要环节

安集微电子:CMP研磨液打破外国垄断

在芯片生产过程中,有一道重要的工序叫做化学机械抛光(英语:Chemical-Mechanical Polishing),又称化学机械平坦化(英语:Chemical-Mechanical Planarization,缩写 CMP),而当中要用到一种化学添加剂,也就是研磨液。

研磨液是平坦化工艺中研磨材料和化学添加剂的混合物,研磨材料主要是石英,二氧化铝和氧化铈,其中的化学添加剂则要根据实际情况加以选择,这些化学添加剂和要被除去的材料进行反应,弱化其和硅分子联结,这样使得机械抛光更加容易。在应用中的通常有氧化物磨料、金属钨磨料、金属铜磨料以及一些特殊应用磨料。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

安集微电子有限公司就是聚焦在这一块研发的公司。该公司成立于2004年,是一家集研发、生产、销售为一体的高新技术企业,致力于高增长率和高功能集成电路材料的研发和生产,是目前国内规模最大的专业从事高功能集成电路材料公司之一。拥有世界一流技术团队、研发中心和生产基地。目前,安集公司已与全球数十家客户进行了各阶段合作,其中包括多家世界著名芯片企业。安集成功研发、具有自主知识产权的产品已成功运用于国内外芯片制造行业。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

在2007年以前,研磨液这种材料全部依靠进口。一桶200升的研磨液,价格可高达7000美元,相当于当时石油价格的60倍。

而安集微电子CEO王淑敏和其团队经过13年努力下,终于在2017年成功研发出更高品质的研磨液,不但给客户带来高达60%的成本降低,也让中国大陆在研磨液这个领域打破了国外的垄断,为中国大陆半导体的崛起奠定了基础。

需要说明一下,到目前位置,全球也只有六七家公司能生产研磨液。所以安集微电子的这个突破是值得我们为之赞颂的。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

安集微电子公司董事长兼首席执行官王淑敏表示,在晶圆抛光过程中,除了需要快速、准确地磨掉多余的部分,还需要在高速研磨过程中,精确地停下来,这是一个难点,也是研磨液所能解决的问题之一。另外她还表示,安集正在瞄准国内目前最先进的14nm工艺研发产品,推出其配套的研磨液。

江丰电子:金属靶材的破局者

在说靶材之前,先说一个概念,溅射。

溅射则属于物理气相沉积技术的一种,是制备电子薄膜材料的主要技术之一,它利用离子源产生的离子,在高真空中经过加速聚集,而形成高动能的离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

一般来说,溅射靶材主要由靶坯、背板等部分构成,其中,靶坯是高速离子束流轰击的目标材料,属于溅射靶材的核心部分,在溅射镀膜过程中,靶坯被离子撞击后,其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜;由于高纯度金属普遍较软,而溅射靶材需要安装在专用的机台内完成溅射过程,机台内部为高电压、高真空环境,因此,背板主要起到固定溅射靶材的作用,且需要具备良好的导电、导热性能。

金属靶材的金属原子被一层层溅射到芯片上,再利用特殊的工艺把它们切割成金属导线。芯片的信息传输全靠这些金属导线。

和研磨液一样,这在之前也是由国外垄断的市场。11年前,这个市场国内一片空白,也是依赖于进口,但经过江丰电子的多年努力后,中国大陆半导体也在这个领域取得了突破。而这样一个靶材的价格也高达上万美元。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

宁波江丰电子材料股份有限公司创建于2005年,是国家科技部、发改委及工信部重点扶植的一家高新技术企业,专门从事超大规模集成电路芯片制造用超高纯度金属材料及溅射靶材的研发生产,填补了国内的技术空白,打破了美、日国际跨国公司的垄断格局。据介绍,一般的金属能达到99.8%的纯度,而靶材则要求其纯度能达到99.999%,这是人类能得到的最纯的金属。江丰电子董事长姚立军表示。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

除了金属靶材上面打破了美日的垄断外,姚立军的江丰电子还打破了他们在材料方面的垄断。这与姚立军打造完整靶材产业链的出发点密切相关。

根据介绍,在江丰电子做出超高纯度钛(制造钛靶材的原材料)等原材料之前,中国大陆在这个领域几乎是一穷二白。而世界上只是有两个国家三个公司能制造这些产品:一个是美国的霍尼韦尔,另外两个是来自日本的东邦钛业和大阪钛业。他们当时都不肯向江丰电子出售相关原材料,从某个角度看,成为江丰电子打破他们垄断,成为全球第四个能够生产这种靶材原材料的公司。在这个过程中,他们还研发出了中国大陆第一台超高纯钛制造设备,这主要是因为美日不出售,进而简介推动了中国大陆的进步。这台设备一天能够熔五百公斤金属钛,制造等重的钛碇。这已经达到了美日相关竞争者的水平。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

姚立军认为,美日不把设备卖给中国大陆企业,等于简介激发和推动中国大陆自主研发。把自己的材料、工艺、设备等抓紧做出来。来打败对手。

而在江丰电子做出了超高纯钛金属以后,国外的竞争者也寻求和姚立军合作的机会,所以归根到底中国大陆半导体建设,真的是打铁还需自身硬。

中微半导体:中国大陆第一台等离子刻蚀机的创造者

2015年到2020年,中国大陆半导体产业投资将达到680亿美元,而芯片制造设备投资额也达到500亿美元。但是我国的芯片制造设备95%依赖于进口,核心设备被国外公司垄断,如果国产的设备商没有突破,钱都会让外国公司挣走了。因此中国大陆亟需本土化的设备制造企业,中微半导体设备就是当中的佼佼者。他们制造的等离子体蚀刻机正是半导体芯片生产不可或缺的设备。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

等离子体刻蚀在集成电路制造中已有40余年的发展历程,最早70年代引入用于去胶,80年代成为集成电路领域成熟的刻蚀技术。刻蚀采用的等离子体源常见的有容性耦合等离子体(CCP-capacitively coupled plasma)、感应耦合等离子体ICP(Inductively coupled plasma)和微波ECR 等离子体(microwave electron cyclotron resonance plasma) 等。

虽然等离子体刻蚀设备已广泛应用于集成电路制造,但由于等离子体刻蚀过程中复杂的物理和化学过程到目前为止仍没有一个有效的方法完全从理论上模拟和分析等离子体刻蚀过程。除刻蚀外,等离子体技术也成功的应用于其他半导体制程,如溅射和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。当然鉴于plasma丰富的活性粒子,plasma也广泛应用于其他非半导体领域,如空气净化,废物处理等。

只有通过一层层的刻蚀,才能把芯片做出来。不用问,这又是国外垄断的领域。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

中微半导体设备成立于2004年,是一家面向全球的微观加工高端设备公司,为半导体行业及其他高科技领域服务。中微的设备用于创造世界上最为复杂、精密的技术:微小的纳米器件为创新型产品提供智能和存储功能,从而改善人类的生活、实现全球的可持续发展。

在去年年初,中微半导体设备有限公司取得了一系列成果:反应台交付量突破400台;单反应台等离子体刻蚀设备已交付韩国领先的存储器制造商;双反应台介质刻蚀除胶一体机研制成功,这是业界首次将双反应台介质等离子体刻蚀和光刻胶除胶反应腔整合在同一个平台上等等等。现在,中微半导体正在进行5nm的刻蚀设备研发。但中微的人表示,由于这个需要芯片上的均匀度需要达到0.5nm,对设备开发要求就很高。

需要提一下,国外现在可以生产14或16nm的工艺,中国大陆只能生产40或者28,落后两到三代。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

中微半导体设备公司董事长兼首席执行官尹志尧表示,由于工艺进度推进得很快,他们要加快新设备的开发,他还指出,设备的研发要比工艺的推进快5年,因此按照他的观点,5nm工艺将会在五年后到来。

坦白说,能生产10nm或者7nm的设备,已经与世界先进技术接轨了,何况中微现在已经推进到了5nm。

因为生产一个设备要涉及到方方面面,中微的团队有来自应用材料、科林等企业的,拥有数十年经验的专家,且最少需要五十多个精通材料、机器等多方面的专家来支持,才能打造出现在的中微。尹志尧认为其复杂程度不亚于两弹一星。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

另外,MOCVD设备,也是中微研发的方向。

这在以前是美国和德国等公司的自留地,中微进入了这个领域,并研发出了不错的产品,不但拉低了LED芯片的价格,还打破了美德的垄断,增加了中国大陆的影响力和实力。这是中微达到国际领先水平,甚至超越世界先进的设备。这种设备一年有100到150台的量,其中的六七十台是由中微提供的。在中微的二代MOCVD设备之前,大家都是用400多毫米的晶圆托盘,而新设备用的是700多毫米的晶圆托盘,在相同的投入和时间里,芯片产量翻了一番。

中国半导体在三个领域打破了国外垄断

尹志尧还提到,由于中微取得了突破,打破了美德的垄断,美国商业部特意发了一个公告,由于认识到中微在中国大陆可以做出在国际有同样竞争力的等离子刻蚀机,决定把这个等离子刻蚀机从美国对中国大陆的单子上去掉。

结论

无疑,在现在的国际环境中,中国大陆需要在设备、材料、设计、制造等方面有了突破,才能达到可控。虽然现在有了些成绩,但中国大陆厂商仍需要继续努力。就像王淑敏举的一个例子:装载研磨液的桶国内都做不了,还需要全部进口,因此中国大陆半导体的崛起,还有很长的一段路要走,中国大陆厂商需要继续努力。

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