单晶硅片制造需要单晶炉等设备,IC制造需要光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散\离子注入设备、湿法设备、过程检测等六大类设备。在半导体设备中,像台积电等晶圆代工厂设备采购额约占80%,检测设备约占8%,封装设备约占7%,硅片厂设备等其他约占5%。
IC 制造设备市场中光刻机、蚀刻机、薄膜设备是最为核心的设备,光刻技术是一种精密的微细加工技术。常规光刻技术是采用波长为2000~4500埃的紫外光作为图像信息载体,以光致抗光刻技术蚀剂为中间图像记录媒介实现图形的变换、转移和处理,最终把图像信息传递到晶片主要是硅片或介质层上的一种工艺。
光刻机设备目前被荷兰的ASML所垄断,这是台积电、英特尔、高通等一大批半导体厂商提供资金、技术打造的垄断巨头。
而采用物理或化学方法是物质即原材料附着于衬底材料表面的过程即为薄膜生长。薄膜生长广泛用于集成电路、先进封装、发光二极管、功率器件、平板显示等领域。根据工作原理的不同,集成电路薄膜沉积可分为物理气相沉积化学气相沉积和外延三大类。
刻蚀是使用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程。通常的晶圆加工流程中,刻蚀工艺位于光刻工艺之后,有图形的光刻胶层在刻蚀中不会受到腐蚀源的显著侵蚀,从而完成图形转移的工艺步骤。刻蚀环节是复制掩膜图案的关键步骤.
在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺:干法刻蚀和湿法腐蚀。
干法刻蚀是把硅片表面曝露于气态中产生的等离子体,等离子体通过光刻胶中开出的窗口,与硅片发生物理或化学反应,从而去掉曝露的表面材料,所以干法刻蚀也称等离子刻蚀。干法刻蚀是亚微米尺寸下刻蚀器件的最重要方法。
利用干法刻蚀的也叫等离子体刻蚀机,等离子体刻蚀机是芯片制造中的一种关键设备,用来在芯片上进行微观雕刻,每个线条和深孔的加工精度都是头发丝直径的几千分之一到上万分之一,精度控制要求非常高。
比如,16nm工艺的微观逻辑器件有60多层微观结构,要经过1000多个工艺步骤,攻克上万个技术细节才能加工出来。
在集成电路制造过程中需要多种类型的干法刻蚀工艺,应用涉及硅片上各种材料。被刻蚀材料主要包括介质、硅和金属等,通过与光刻、沉积等工艺多次配合可以形成完整的底层电路、栅极、绝缘层以及金属通路等。
介质刻蚀是用于介质材料的刻蚀,主要包括氧化物刻蚀和氮化硅的刻蚀,是最复杂的刻蚀过程。接触孔和通孔结构的制作需要刻蚀介质,从而在其中刻蚀出窗口,而具有高深宽比,即窗口的深与宽的比值的窗口刻蚀具有一定的挑战性。
硅的等离子体干法刻蚀是硅片制造中的一项关键工艺技术,主要作用为制作栅结构、器件隔离和电容结构中的单晶硅槽。多晶硅栅的结构对刻蚀要求很高,必须对下层栅氧化层有高的选择比并具有非常好的均匀性和可重复性。多晶栅刻蚀通常采用氟基气体。
单晶硅刻蚀主要用于制作沟槽,要求每个沟槽都要保持一致的光洁度、接近的垂直侧壁、正确的深度和圆滑的沟槽顶角和底角。对浅槽的刻蚀使用氟气,对光刻胶有高选择比。对深槽刻蚀常采用氯基或溴基气体,刻蚀速率高并对氧化硅有高的选择比。
金属刻蚀主要应用于金属互连线、通孔、接触金属等环节。金属互连线通常采用铝合金,对铝的刻蚀采用氯基气体和部分聚合物。钨在多层金属结构中常用作通孔的填充物,通常采用氟基或氯基气体。
而在湿法腐蚀中,液体化学试剂,如酸、碱和溶剂等以化学方式去除硅片表面的材料。需要说明的是,湿法腐蚀一般只是用在尺寸较大的情况下是大于3微米的”。
倪光南尽量用简短而清晰的话语让李强明白其中的难度和原理,但是可惜对面的李强还是一脸的懵。
没办法谁让李强是金主呢!倪光南只好试着用更简单的方法来,好直接跟李强继续探讨硬件和软件方面的投入和研发成本及难度。
“这些工序说起来比较复杂,实际上呢也不太好实施,主要需要花费大量的资金去不断试错。
还得需要海量高端研发人员不断的去开发,时间上也是不太确定,所以极高的技术壁垒加上大量的人员、资金、时间的磨合,这才导致了计算机硬件设备的发展在我国是极其缓慢的。
即使是有国家队的影响力在,但因为风险的问题,所以也没有什么特别明显的进步,现在只能依靠民间大众的资本力量来做这件事情了”。
李强点点头表示理解倪老的想法,同时李强也想到了后世大名鼎鼎的中微国际。