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哈尔滨铝矿石粉碎机厂家排名

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time:2020-08-12 09:36:02

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据权威半导体第三方调研机构IC Insights于18日发布的消息,今年全球将有9条新增12英寸(300mm)晶圆生产线投入生产,其中5条来自中国。

去年全球共112条300毫米晶圆生产线,明年末有望增至127条,增加13.4%。且今年和明年新开的这些工厂都将用于DRAM和NAND Flash(闪存)或晶圆代工。

据悉,今年新增的9条300毫米晶圆生产线中,5条来自中国。业界(主要由欧美发达国家掌控)由此提出中国半导体或生产过剩的担忧。对于类似的借口,国内不少网友却看得明白:“这真是一件好事,又一个西方暴利行业要寿终正寝了。”

芯片的基本材料:晶圆

晶圆作为制造半导体芯片的基本材料,其大小影响着生产效率的高低。晶圆的尺寸是它的直径,目前较常见的有6、8、12英寸。硅晶圆的尺寸越大越贵,生产成本愈高,但能额外产出的芯片数量是好几倍,例如:12寸晶圆的生产成本大约是6寸晶圆的2倍,但是12寸晶圆的面积是6寸晶圆的4倍,最后得到的芯片数目是4倍,大的硅晶圆成本虽然较高,但单位成本是降低的,一片硅晶圆可以产生上百或上千个相同的芯片。

(实际上不止4倍,如上图,黑色部分是无法利用的,越小的晶圆,浪费的部分的比例会越大)

晶柱的制作过程就像是在做棉花糖一样,一边旋转一边成型。有制作过棉花糖的话,应该都知道要做出大而且扎实的棉花糖是相当困难的,而拉晶的过程也是一样,旋转拉起的速度以及温度的控制都会影响到晶柱的品质。 也因此,尺寸愈大时,拉晶对速度与温度的要求就更高,因此要做出高品质12 寸晶圆的难度就比8 寸晶圆还来得高。

全球半导体企业过去主要以150毫米(6英寸)和200毫米(8英寸)晶圆生产线为主,2008至2009年起至今,300毫米(12英寸)晶圆生产线数量增加近两倍,这意味着相关产品供给的增加。铝矿石粉碎机厂家排名

2013年,台湾存储器厂商茂德科技关闭了2座大型12英寸晶圆厂和另外2座已经推迟到了2014年的晶圆厂,全球有效量产12英寸晶圆厂的数量首次下降。但自那以后,12英寸的晶圆厂数量每年都在增长。

IC Insights 图根据IC Insights预计,到2023年,全球较2018年将新增26座12英寸晶圆厂,总数将达到138座。相比之下,在2018年底,全世界范围内有150座正批量生产的8英寸晶圆厂投入运行,8英寸晶圆厂的峰值为210座,如今已经减少了60座之多。

NAND闪存产能过剩?

据悉,今年新增的9条300毫米晶圆生产线中,5条来自中国。业界由此提出中国半导体或生产过剩的担忧。据称:由于2018年NAND闪存颗粒市场供过于求,导致这部分闪存价格下滑,根据中国闪存市场网监测的数据,2018年消费类NAND闪存价格大跌65%。IC Insights预测,今年第一季度NAND闪存市场价格将持续跌势,进入二季度市场需求会有所上升,而NAND闪存市场也将上演供应和需求的拉锯战。

众所周知,一种商品的需求并不是固定的,手机刚刚问世的时候,动辄几万块的“大哥大”鲜有人问津,而如今,上至七八十岁老人,下至刚学会走路的孩童,几乎人人都拥有自己手机。可以说,产能和需求,并不是固定不变的,而是处于一个动态平衡中。如果害怕供大于求就不敢扩大生产,任何一种产品都不可能在大众中获得普及,显然产能过剩只是不希望看到中国强大的某些势力的借口。

在中国手机市场发展起来之前,智能手机动辄三四千,旗舰机更是暴利,一个今天看起来略显“傻瓜”的Nokia Symbian系统满大街流行,并没有多少人关注智能化水平高出一档的Android,这时,你能说多生产几部Android手机是产能过剩吗?

同样,固态硬盘(SSD)技术其实很多年前就出现了,但是一两百G容量就动辄上千的价格实在让人望而却步。普及的不够带来的是认知的不足,很多人眼中电脑“乌龟”一样的运行速度,其实正是来自硬盘的瓶颈。如今,在NAND闪存技术和产能的同步进展下,入门级的固态硬盘(甚至使用的是更加高端的Nvm Express协议)都只要一两百元,很多国产厂商的丰富产品线也进入了我们的视野。从实际使用看来,国产的消费级闪存产品,性能和稳定性并不比国外同类产品差。

可以说,发达国家最不希望看到的就是因为中国的介入,导致整个产业的价格制定权被打破,因为中国从来都不是和西方穿一条裤子的。中国前进的每一步,都会被各种各样的借口阻挠。除了借口产能过剩,只要中国在某一个领域有了新的突破或者是新的成绩,那么西方国家就一定会凑上来表示,这个东西过时了或者是没用了。但中国人始终相信一句话,“爹有娘有不如自己有”,中国正是凭借着这样的精神成长为“发达国家粉碎机”。

从沙子到晶圆

1.硅的主要来源:沙子

硅是半导体材料使用最多的元素,其在地球表面的元素中储量仅次于氧,含量在27.72%,其主要存在形式就是沙子,而沙子的主要成分为二氧化硅。因此硅作为IC制作的原材料最合适不过,想想看地球上那些浩瀚无垠的沙漠,我们就能感觉到一种“取之不尽用之不竭”。

2.熔炼、提纯

实际在IC产业中使用的硅纯度要求高达99.999999999%。目前主要是通过将二氧化硅与焦煤在1600-1800℃中,将二氧化硅还原成纯度为98%的冶金级单质硅,紧接着使用氯化氢提纯出99.99%的多晶硅。虽然此时的硅纯度已经很高,但是其内部混乱的晶体结构并不适合半导体的制作,还需要经过进一步提纯、形成固定一致形态的单晶硅。

3.制备单晶硅锭

单晶的意思是指原子在三维空间中呈现规则有序的排列结构,而单晶硅拥有“金刚石结构”,每个晶胞含有8个原子,其晶体结构十分稳定。

单晶硅的“金刚石”结构

通常单晶硅锭都是采用直拉法制备,在仍是液体状态的硅中加入一个籽晶,提供晶体生长的中心,通过适当的温度控制,就开始慢慢将晶体向上提升并且逐渐增大拉速,上升同时以一定速度绕提升轴旋转,以便将硅锭控制在所需直径内。结束时,只要提升单晶硅炉温度,硅锭就会自动形成一个锥形尾部,制备就完成了,一次性产出的IC芯片更多。铝矿石粉碎机厂家排名

制备好的单晶硅锭直径约在300mm左右,重约100kg。而目前全球范围内都在生产直径12寸的硅圆片,硅圆片尺寸越大,效益越高。

4.硅锭切片

将制备好的单晶硅锭一头一尾切削掉,并且对其直径修整至目标直径,同时使用金刚石锯把硅锭切割成一片片厚薄均匀的晶圆(1mm)。有时候为了定出硅圆片的晶体学取向,并适应IC制作过程中的装卸需要,会在硅锭边缘切割出“取向平面”或“缺口”标记。

5.研磨硅圆片

切割后的晶圆其表面依然是不光滑的,需要经过仔细的研磨,减少切割时造成的表面凹凸不平,期间会用到特殊的化学液体清洗晶圆表面,最后进行抛光研磨处理,还可以在进行热处理,在硅圆片表面成为“无缺陷层”。一块块亮晶晶的硅圆片就这样被制作出来,装入特制固定盒中密封包装。

制作完成的硅晶圆晶圆制造中的核心材料

如果用烙饼来类比,硅晶圆就是饼底,在饼底的基础上扎几个孔,撒上各种料,再进行烘烤出炉,这个过程就是晶圆制造。晶圆制造厂出来的时候还是一个圆片,只是上面有了电路,有着几千颗或上万颗的晶粒。

在晶圆的生产环节主要涉及7类半导体材料、化学品,而溅射靶材就是其中重要的一种。

简单地说,靶材就是高速荷能粒子轰击的目标材料,通过更换不同的靶材(如铝、铜、不锈钢、钛、镍靶等),即可得到不同的膜系(如超硬、耐磨、防腐的合金膜等)。

目前,(高纯度)溅射靶材按照化学成分不同可分为:

①金属靶材(纯金属铝、钛、铜、钽等)

②合金靶材(镍铬合金、镍钴合金等)

③陶瓷化合物靶材(氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等)。

按开关不同可分为:长靶、方靶、圆靶。

按应用领域不同可分为:半导体芯片靶材、平面显示器靶材、太阳能电池靶材、信息存储靶材、工具改性靶材、电子器件靶材、其他靶材。

溅射:即集成电路制造过程中要反复用到的工艺;

靶材:就是溅射工艺中必不可少的重要原材料。那么,不同应用领域,对材料的选择及性能要求也有一定差异,具体如下:

半导体内部是由长达数万米的金属配线而组成,而溅射靶材则是用于制作这些配线的关键消耗材料。如苹果A系列处理器,指甲盖大小的芯片上密布着上万米金属导线,这些密布的电路必须要对高纯度的金属靶材通过溅射的方式形成。

溅射靶材是半导体晶圆制造环节核心的高难度材料,芯片对溅射靶材的要求非常之高,要求靶材纯度很高,一般在5N(99.999%)以上。

5N就是表示有5个9,4N表示有4个9即99.99%,哪个纯度更高,一看就明白了。

在提纯领域,小数点后面每多一个9,难度是呈指数级别的增加,技术门槛也就更高。

半导体晶圆制造中,200mm(8寸)及以下晶圆制造通常以铝制程为主,使用的靶材以铝、钛元素为主。300mm(12寸)晶圆制造,多使用先进的铜互连技术,主要使用铜、钽靶材。

同时也用钛材料作为高介电常数的介质金属栅极技术的主要材料,铝材料作为晶圆接合焊盘工艺的主要材料。

总体来看,随着芯片的使用范围越来越广泛,芯片市场需求数量增长,对于铝、钛、钽、铜这四种业界主流的薄膜金属材料的需求也一定会有增长。且目前从技术上及经济规模上还未找到能够替代这四种薄膜金属材料的其他方案,所以这四种材料目前看不到被替代的风险。

在竞争格局上,由于溅射镀膜工艺起源于国外,所需要的溅射靶材产品性能要求高,长期以来全球溅射靶材研制和生产主要集中在美国、日本少数几家公司,产业集中度相当高。以霍尼韦尔(美国)、日矿金属(日本)、东曹(日本)等为代表的溅射靶材生产商占据全球绝大部分市场份额。

这些企业在掌握溅射靶材生产的核心技术以后,实施极其严格的保密措施,限制技术扩散,同时不断进行横向扩张和垂直整合,将业务触角积极扩展到溅射镀膜的各个应用领域,牢牢把握着全球溅射靶材市场的主动权,并引领着全球溅射靶材行业的技术进步。

国内溅射靶材行业起步较晚,经过多年的科技攻关和产业化应用,目前国内高纯溅射靶材生产企业已经逐渐突破关键技术门槛,突破了零的局面,拥有部分产品的规模化生产能力,可以预见未来会达到高速发展时期。

一段旅程:从晶圆到CPU

1.涂抹光刻胶

晶圆片经过检查无破损后即可投入生产线上,前期可能还有各种成膜工艺,然后就进入到涂抹光刻胶环节。微影光刻工艺是一种图形影印技术,也是集成电路制造工艺中一项关键工艺。首先将光刻胶(感光性树脂)滴在硅晶圆片上,通过高速旋转均匀涂抹成光刻胶薄膜,并施加以适当的温度固化光刻胶薄膜。

光刻胶是一种对光线、温度、湿度十分敏感的材料,可以在光照后发生化学性质的改变,这是整个工艺的基础。

2.紫外线曝光

就单项技术工艺来说,光刻工艺环节是最为复杂的,成本最为高昂的。因为光刻模板、透镜、光源共同决定了“印”在光刻胶上晶体管的尺寸大小。

将涂好光刻胶的晶圆放入步进重复曝光机的曝光装置中进行掩模图形的“复制”。掩模中有预先设计好的电路图案,紫外线透过掩模经过特制透镜折射后,在光刻胶层上形成掩模中的电路图案。一般来说在晶圆上得到的电路图案是掩模上的图案1/10、1/5、1/4,因此步进重复曝光机也称为“缩小投影曝光装置”。

一般来说,决定步进重复曝光机性能有两大要素:一个是光的波长,另一个是透镜的数值孔径。如果想要缩小晶圆上的晶体管尺寸,就需要寻找能合理使用的波长更短的光(EUV,极紫外线)和数值孔径更大的透镜(受透镜材质影响,有极限值)。

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3.溶解部分光刻胶

对曝光后的晶圆进行显影处理。以正光刻胶为例,喷射强碱性显影液后,经紫外光照射的光刻胶会发生化学反应,在碱溶液作用下发生化学反应,溶解于显影液中,而未被照射到的光刻胶图形则会完整保留。显影完毕后,要对晶圆表面的进行冲洗,送入烘箱进行热处理,蒸发水分以及固化光刻胶。

4.蚀刻

将晶圆浸入内含蚀刻药剂的特制刻蚀槽内,可以溶解掉暴露出来的晶圆部分,而剩下的光刻胶保护着不需要蚀刻的部分。期间施加超声振动,加速去除晶圆表面附着的杂质,防止刻蚀产物在晶圆表面停留造成刻蚀不均匀。

5.清除光刻胶

通过氧等离子体对光刻胶进行灰化处理,去除所有光刻胶。此时就可以完成第一层设计好的电路图案。

6.重复第6-8步

由于现在的晶体管已经3D FinFET设计,不可能一次性就能制作出所需的图形,需要重复第6-8步进行处理,中间还会有各种成膜工艺(绝缘膜、金属膜)参与到其中,以获得最终的3D晶体管。

7.离子注入

在特定的区域,有意识地导入特定杂质的过程称为“杂质扩散”。通过杂质扩散可以控制导电类型(P结、N结)之外,还可以用来控制杂质浓度以及分布。

现在一般采用离子注入法进行杂质扩散,在离子注入机中,将需要掺杂的导电性杂质导入电弧室,通过放电使其离子化,经过电场加速后,将数十到数千keV能量的离子束由晶圆表面注入。离子注入完毕后的晶圆还需要经过热处理,一方面利用热扩散原理进一步将杂质“压入”硅中,另一方面恢复晶格完整性,活化杂质电气特性。

离子注入法具有加工温度低,可均匀、大面积注入杂质,易于控制等优点,因此成为超大规模集成电路中不可缺少的工艺。

8.再次清除光刻胶

完成离子注入后,可以清除掉选择性掺杂残留下来的光刻胶掩模。此时,单晶硅内部一小部分硅原子已经被替换成“杂质”元素,从而产生可自由电子或空穴。

9.绝缘层处理

此时晶体管雏形已经基本完成,利用气相沉积法,在硅晶圆表面全面地沉积一层氧化硅膜,形成绝缘层。同样利用光刻掩模技术在层间绝缘膜上开孔,以便引出导体电极。

10.沉淀铜层

利用溅射沉积法,在晶圆整个表面上沉积布线用的铜层,继续使用光刻掩模技术对铜层进行雕刻,形成场效应管的源极、漏极、栅极。最后在整个晶圆表面沉积一层绝缘层以保护晶体管。

11.构建晶体管之间连接电路

经过漫长的工艺,数以十亿计的晶体管已经制作完成。剩下的就是如何将这些晶体管连接起来的问题了。同样是先形成一层铜层,然后光刻掩模、蚀刻开孔等精细操作,再沉积下一层铜层......,这样的工序反复进行多次,这要视乎芯片的晶体管规模、复制程度而定。最终形成极其复杂的多层连接电路网络。

由于现在IC包含各种精细化的元件以及庞大的互联电路,结构非常复杂,实际电路层数已经高达30层,表面各种凹凸不平越来越多,高低差异很大,因此开发出CMP化学机械抛光技术。每完成一层电路就进行CMP磨平。

另外为了顺利完成多层Cu立体化布线,开发出大马士革法新的布线方式,镀上阻挡金属层后,整体溅镀Cu膜,再利用CMP将布线之外的Cu和阻挡金属层去除干净,形成所需布线。

大马士革法多层布线

芯片电路到此已经基本完成,其中经历几百道不同工艺加工,而且全部都是基于精细化操作,任何一个地方出错都会导致整片晶圆报废,在100多平方毫米的晶圆上制造出数十亿个晶体管,是人类有文明以来的所有智慧的结晶。

12.晶圆级测试

前工程与后工程之间,夹着一个Good-Chip/Wafer检测工程,简称G/W检测。目的在于检测每一块晶圆上制造的一个个芯片是否合格。通常会使用探针与IC的电极焊盘接触进行检测,传输预先编订的输入信号,检测IC输出端的信号是否正常,以此确认芯片是否合格。

由于目前IC制造广泛采用冗余度设计,即便是“不合格”芯片,也可以采用冗余单元置换成合格品,只需要使用激光切断预先设计好的熔断器即可。当然,芯片有着无法挽回的严重问题,将会被标记上丢弃标签。

13.晶圆切片、外观检查

IC内核在晶圆上制作完成并通过检测后后,就进入了划片阶段。划片使用的划刀是粘附有金刚石颗粒的极薄的圆片刀,其厚度仅为人类头发的1/3。将晶圆上的每一个IC芯片切划下来,形成一个内核Die。

裂片完成后还会对芯片进行外观检查,一旦有破损和伤痕就会抛弃,前期G/W检查时发现的瑕疵品也将一并去除。

未裂片的一个个CPU内核

14.装片

芯片进行检测完成后只能算是一个半成品,因为不能被消费者直接使用。还需要经过装片作业,将内核装配固定到基片电路上。装片作业全程由于计算机控制的自动固晶机进行精细化操作。

15.封装

装片作业仅仅是完成了芯片的固定,还未实现电气的连接,因此还需要与封装基板上的触点结合。现在通常使用倒装片形式,即有触点的正面朝下,并预先用焊料形成凸点,使得凸点与相应的焊盘对准,通过热回流焊或超声压焊进行连接。

封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片,还可以增强导热性能的作用。目前像Intel近些年都采用LGA封装,在核心与封装基板上的触点连接后,在核心涂抹散热硅脂或者填充钎焊材料,最后封装上金属外壳,增大核心散热面积,保护芯片免受散热器直接挤压。

至此,一颗完整的CPU处理器就诞生了。

可以说,CPU制造,作为集知识密集型、资本密集型于一身的高端工业的代表,凝聚了全人类的智慧,基本上当今世界上最先进的工艺、生产技术、尖端机械全部都投入到了该产业中。一般CPU使用完毕,如有剩余产能,再分给显卡,内存,NAND闪存以及各种控制芯片使用。所以我们能够看到,虽然如今主流制程都在14nm或者更小的情况下,28nm甚至更大制程的半导体设备仍在继续生产使用。但是不管是何种制程、工艺,晶圆的生产都是最基础的部分。中国的芯片制造业长期为国人诟病,虽然在手机SOC方面,华为和小米都有自己的建树,但是桌面CPU领域还有着巨大的差距。我们希望国内企业,能够从基础出发,不畏困难,一步一个脚印,最终赶上并且超过发达国家。别人能做到的,我们一样可以!

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