国产半导体设备“破冰”，事关5nm工艺，河南研究院立功了

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在当今世界 科技 全球化的发展中，经济的发展越来越智能化、数字化。各行各业的部门运营都离不开电子设备，而芯片作为电子设备的运转核心，是相当重要的组成部分。

可以说芯片对于机器的重要性，相当于大脑对于人类的重要性一样，确定人类失去生命体征的信息不是心跳停止，而是脑死亡，机器也是一样，没有芯片，机器也就失去“活性”。

但由于电子产业在近两年来的快速发展，芯片的供应已经跟不上市场需求的剧增，全球迎来了“缺芯”局面。对此很多芯片工厂纷纷加大产程。

大家知道芯片的制造对于高端光刻机的依赖是很大的。尤其是7nm制程以下的芯片，如果没有EUV光刻机是几乎无法实现量产，而EUV的制造工艺则为ASML公司所垄断。

但由于“芯片规则”的修改，ASML的光刻机有一部分用到了美方的技术，由于技术限制ASML无法对我们自由出货。在2019年我国就向ASML公司耗资十亿人民币订购了一台EUV光刻机，但由于各种原因，这台光刻机到现在都未能在我国落地。

在目前全球缺芯的大背景下，我们的芯片供应自然也是紧缺的，在这档口芯片供应又被“卡了脖子”，我们的处境更是艰难。

虽然ASML表示除了EUV光刻机外其他的光刻设备都能对我们自由出货，但这远远不够。

越是精密的设备对于芯片的精密度要求就越高。如手机需要的芯片至少是7nm制程以下，不仅要求体积小，还要求高性能，运行稳定，有优秀的信息连接和反馈效率。

从我们的手机市场来看，我们对于7nm制程以下芯片的需求量是巨大的，半导体设备国产化已经迫在眉睫。

这有多重要从华为的遭遇就能看得出来，自从5G芯片被断供之后，作为主营业务的手机销售一落千丈，不仅已经推出的手机开始缺货，新的5G手机也迟迟无法发布。

但说实话，EUV光刻机的制造不是凭借努力钻研或者大量投资就能实现的。我们从来不怕困难不怕吃苦，我们国家的经济实力也有目共睹，如果能用钱解决的事那都不叫事。

难点在于EUV光刻机关键的零部件就多达十多万，其中还包含一些电子特气。给ASML提供光刻设备零部件的企业就多达5000多家，遍布世界40多个国家。

如此强大的供应链整合能力目前除了ASML还没有谁能做到。这也是为什么ASML的高层会说，即使把光刻机的设计图纸放出来也没人能造出来。虽然听起来太过自信，但也不是全无道理。

芯片的制造过程包含了刻蚀、光刻、离子注入和清洗等多种工艺，这些过程都需要相应的设备来完成，并不只是需要光刻机。

我国在这些方面都一直在努力。目前我们28nm制程芯片的生产工艺已经很成熟了，完全可以满足国内需求，主要就是7nm以下的高端芯片问题还未解决。

根据媒体4月7日消息，郑州轨道交通信息技术研究院成功研发出了全自动12寸晶圆激光开槽设备。除了具备常规的激光开槽功能之外，还能够支持120微米以下超薄wafe的全切工艺，以及支持5nm DBG工艺。

这套设备采用的是模块化设计，能够支持纳秒、皮秒、飞秒等不同脉宽的激光器。完全自主研发的光学系统，光斑宽度及长度都能够自由调节，超高精度运动控制平台技术与其完美结合，极大减少了设备对材质、晶向、厚度以及电阻率的限制难题。

全兼容的工艺使产品的破损率得到了有效的控制，良品率得到了很大的提升。

轨交院的研发团队对这项技术难题的攻克，表示了我们在5nm芯片工艺上取得了重大突破，晶圆加工工艺达到了新高度。证明了我国在晶圆激光切割领域的强大研发实力。

完全的自主研发系统更是实现了高度自主化，无惧技术限制。

未来的芯片精度只会越来越高，现在国内很多芯片厂商为了摆脱技术限制开始研发新的芯片封装工艺。这项切割技术的研发也将助力国内的“小芯片”封装工艺，帮助这些芯片厂家提升工艺水平。

这对于我国先进制程的芯片发展具有里程碑式的意义。

对于我们的国产化芯片设备制造技术大家有什么想法呢？欢迎在评论区互相交流。

半导体技术，可以分成设计和工艺两大部分。作为学了7年的专业，我觉得中国就是个能吹牛的国家。。。设计技术不想说，民用平均差距在20年。华为、海思什么虽然在通讯领域崛起，赶超思科，但是其他领域如PC等，不仅是IP的积累、经验积累，都大幅落后。集成电路的贸易逆差和进口量，应该都是中国进口货物中最大的，远超石油什么的，这也是现在为什么硬砸1200亿投资集成电路的原因。顺便喷一下威盛这个公司，打着自研的旗帜骗国家钱，面试官不懂装懂，中国集成电路落后就是这些蛀虫惹的祸。主流工艺应该是落后3代左右。中芯国际现在还是45、65，现在Nvdia已经在挑战极限的7nm了，intel的28nm工艺已经成熟的准备换代了。。。其他封装测试什么就不说了，这些基于设计和工艺的东西，必须是落后的。。。不过中国也是有些先进技术的，一些高新材料（虽然是长在进口的衬底上）。。。世界最大的超级计算机银河2和曾经最大的银河1（有兴趣可以查一下银河1，看看他做了几天世界第一，然后被日本超级计算机完爆1个数量级。。），还有号称赶超世界水平的龙芯（哥，你的稳定性行吗？你的核心代码不是买的吗？）总结一句话：2015年起，国家投资1200亿的行业，你觉得他现在很强吗。。。

（1）

硅的主要来源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通过共价键连接在一起。因此需要将氧元素从二氧化硅中分离出来，换句话说就是要将硅还原出来，采用的方法是将二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在电弧炉中加热至2100°C左右，这时碳就会将硅还原出来。化学反应方程式为：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸热）

（2）

上一步骤中得到的硅中仍有大约2%的杂质，称为冶金级硅，其纯度与半导体工业要求的相差甚远，因此还需要进一步提纯。方法则是在流化床反应器中混合冶金级硅和氯化氢气体，最后得到沸点仅有31°C的三氯化硅。化学反应方程式为：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放热）

(3）

随后将三氯化硅和氢气的混合物蒸馏后再和加热到1100°C的硅棒一起通过气相沉积反应炉中，从而除去氢气，同时析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为99.9999999%的硅，换句话说，也就是平均十亿个硅原子中才有一个杂质原子。

（4）

进行到目前为止，半导体硅晶体对于芯片制造来说还是太小，因此需要把块状多晶硅放入坩埚内加热到1440°C以再次熔化 。为了防止硅在高温下被氧化，坩埚会被抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂硅晶种探入熔融硅中，晶体成长时，以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率缓慢从熔液中拉出：

探入晶体“种子”

长出了所谓的“肩部”

长出了所谓的“身体”

这样一段时间之后就会得到一根纯度极高的硅晶棒，理论上最大直径可达45厘米，最大长度为3米。

以上所简述的硅晶棒制造方法被称为切克劳斯法（Czochralski process，也称为柴氏长晶法），此种方法因成本较低而被广泛采用，除此之外，还有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮动区法（floating zone process）都可以用来制造单晶硅。

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