'中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時'

"
"
中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片

芯片,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英語:integrated circuit, IC)。是指內含集成電路的硅片,體積很小,常常是計算機或其他電子設備(如智能手機)的一部分。

製成這樣的硅片,要將上億個晶體管在指甲蓋大小的硅晶片上精確排布,前後要經過近5000道工序。這種產品的設計和製造就是在挑戰人類能製造多小的極限?!比如,芯片研發包括兩個環節,設計環節與製造環節。研發都是以納米(1nm=1/1000mm)作為單位,目前美國公司研發與製作芯片已經到達14nm級別。我國還存在差距,還達不到這種水平。

芯片的設計和製造技藝總在不斷迭代,每次迭代總能深刻影響半導體領域的行業格局。

芯片的設計通常在電腦上用設計軟件完成,我國目前設計水平比較領先,處於世界第二,僅次於美國。我們設計出了一批優秀產品,連續幾年登上世界第一寶座的“神威·太湖之光”超級計算機用的CPU(中央處理器)芯片,就是典型代表。國產手機、電腦和服務器用的CPU芯片性能也基本上達到了國際先進水平。

但是芯片設計需要依賴電子設計自動化工具(EDA),這一工具使設計者能用計算機進行邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、佈局、佈線和仿真等工作,最終完成芯片設計。而提供該軟件服務的主要是3家美國公司。我們在設計上需要依賴美國的軟件公司。

談到芯片的製造,一個芯片的簡易工藝流程如下:

首先找到一塊圓圓的硅晶圓, (就是一大塊晶體硅, 打磨的很光滑, 一般是圓的)大小一般就是上面說的指甲大小。

"
中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片

芯片,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英語:integrated circuit, IC)。是指內含集成電路的硅片,體積很小,常常是計算機或其他電子設備(如智能手機)的一部分。

製成這樣的硅片,要將上億個晶體管在指甲蓋大小的硅晶片上精確排布,前後要經過近5000道工序。這種產品的設計和製造就是在挑戰人類能製造多小的極限?!比如,芯片研發包括兩個環節,設計環節與製造環節。研發都是以納米(1nm=1/1000mm)作為單位,目前美國公司研發與製作芯片已經到達14nm級別。我國還存在差距,還達不到這種水平。

芯片的設計和製造技藝總在不斷迭代,每次迭代總能深刻影響半導體領域的行業格局。

芯片的設計通常在電腦上用設計軟件完成,我國目前設計水平比較領先,處於世界第二,僅次於美國。我們設計出了一批優秀產品,連續幾年登上世界第一寶座的“神威·太湖之光”超級計算機用的CPU(中央處理器)芯片,就是典型代表。國產手機、電腦和服務器用的CPU芯片性能也基本上達到了國際先進水平。

但是芯片設計需要依賴電子設計自動化工具(EDA),這一工具使設計者能用計算機進行邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、佈局、佈線和仿真等工作,最終完成芯片設計。而提供該軟件服務的主要是3家美國公司。我們在設計上需要依賴美國的軟件公司。

談到芯片的製造,一個芯片的簡易工藝流程如下:

首先找到一塊圓圓的硅晶圓, (就是一大塊晶體硅, 打磨的很光滑, 一般是圓的)大小一般就是上面說的指甲大小。

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片應用領域

"
中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片

芯片,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英語:integrated circuit, IC)。是指內含集成電路的硅片,體積很小,常常是計算機或其他電子設備(如智能手機)的一部分。

製成這樣的硅片,要將上億個晶體管在指甲蓋大小的硅晶片上精確排布,前後要經過近5000道工序。這種產品的設計和製造就是在挑戰人類能製造多小的極限?!比如,芯片研發包括兩個環節,設計環節與製造環節。研發都是以納米(1nm=1/1000mm)作為單位,目前美國公司研發與製作芯片已經到達14nm級別。我國還存在差距,還達不到這種水平。

芯片的設計和製造技藝總在不斷迭代,每次迭代總能深刻影響半導體領域的行業格局。

芯片的設計通常在電腦上用設計軟件完成,我國目前設計水平比較領先,處於世界第二,僅次於美國。我們設計出了一批優秀產品,連續幾年登上世界第一寶座的“神威·太湖之光”超級計算機用的CPU(中央處理器)芯片,就是典型代表。國產手機、電腦和服務器用的CPU芯片性能也基本上達到了國際先進水平。

但是芯片設計需要依賴電子設計自動化工具(EDA),這一工具使設計者能用計算機進行邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、佈局、佈線和仿真等工作,最終完成芯片設計。而提供該軟件服務的主要是3家美國公司。我們在設計上需要依賴美國的軟件公司。

談到芯片的製造,一個芯片的簡易工藝流程如下:

首先找到一塊圓圓的硅晶圓, (就是一大塊晶體硅, 打磨的很光滑, 一般是圓的)大小一般就是上面說的指甲大小。

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片應用領域

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

生產線

"
中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片

芯片,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英語:integrated circuit, IC)。是指內含集成電路的硅片,體積很小,常常是計算機或其他電子設備(如智能手機)的一部分。

製成這樣的硅片,要將上億個晶體管在指甲蓋大小的硅晶片上精確排布,前後要經過近5000道工序。這種產品的設計和製造就是在挑戰人類能製造多小的極限?!比如,芯片研發包括兩個環節,設計環節與製造環節。研發都是以納米(1nm=1/1000mm)作為單位,目前美國公司研發與製作芯片已經到達14nm級別。我國還存在差距,還達不到這種水平。

芯片的設計和製造技藝總在不斷迭代,每次迭代總能深刻影響半導體領域的行業格局。

芯片的設計通常在電腦上用設計軟件完成,我國目前設計水平比較領先,處於世界第二,僅次於美國。我們設計出了一批優秀產品,連續幾年登上世界第一寶座的“神威·太湖之光”超級計算機用的CPU(中央處理器)芯片,就是典型代表。國產手機、電腦和服務器用的CPU芯片性能也基本上達到了國際先進水平。

但是芯片設計需要依賴電子設計自動化工具(EDA),這一工具使設計者能用計算機進行邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、佈局、佈線和仿真等工作,最終完成芯片設計。而提供該軟件服務的主要是3家美國公司。我們在設計上需要依賴美國的軟件公司。

談到芯片的製造,一個芯片的簡易工藝流程如下:

首先找到一塊圓圓的硅晶圓, (就是一大塊晶體硅, 打磨的很光滑, 一般是圓的)大小一般就是上面說的指甲大小。

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片應用領域

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

生產線

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

設備生產

1. 溼洗: 用各種試劑保持硅晶圓表面沒有雜質

2. 光刻:用紫外線透過蒙版照射硅晶圓, 被照到的地方就會容易被洗掉, 沒被照到的地方就保持原樣。 於是就可以在硅晶圓上面刻出想要的圖案.。注意, 此時還沒有加入雜質, 依然是一個硅晶圓。

3. 離子注入:在硅晶圓不同的位置加入不同的雜質, 不同雜質根據濃度/位置的不同就組成了場效應管。相當於上面說的晶體管。

4.蝕刻:

4.1幹蝕刻 :之前用光刻出來的形狀有許多其實不是我們需要的,而是為了離子注入而蝕刻的。現在就要用等離子體把他們洗掉, 或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結構, 這一步進行蝕刻。

4.2溼蝕刻 :進一步洗掉, 但是用的是試劑, 所以叫溼蝕刻。

以上步驟完成後, 場效應管就已經被做出來,但是以上步驟一般都不止做一次, 很可能需要反反覆覆的做, 以達到要求。

5 等離子沖洗 :用較弱的等離子束轟擊整個芯片。

6 熱處理,其中又分為:

6.1 快速熱退火:就是瞬間把整個片子通過大功率燈照到1200攝氏度以上, 然後慢慢地冷卻下來, 為了使得注入的離子能更好的被啟動以及熱氧化。

6.2 退火:操作方法同6.1,不過速度會變慢。

6.3 熱氧化:製造出二氧化硅, 也即場效應管的柵極(gate) 。

7.化學氣相澱積(CVD), 進一步精細處理表面的各種物質。

8.物理氣相澱積 (PVD), 類似, 而且可以給敏感部件加塗層。

9.分子束外延 (MBE), 如果需要長單晶的話就需要這個。

10.電鍍處理.

11.化學/機械 表面處理

然後芯片就差不多了, 接下來還要:

12 晶圓測試

13 晶圓打磨

這樣就可以出廠封裝了。

"
中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片

芯片,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英語:integrated circuit, IC)。是指內含集成電路的硅片,體積很小,常常是計算機或其他電子設備(如智能手機)的一部分。

製成這樣的硅片,要將上億個晶體管在指甲蓋大小的硅晶片上精確排布,前後要經過近5000道工序。這種產品的設計和製造就是在挑戰人類能製造多小的極限?!比如,芯片研發包括兩個環節,設計環節與製造環節。研發都是以納米(1nm=1/1000mm)作為單位,目前美國公司研發與製作芯片已經到達14nm級別。我國還存在差距,還達不到這種水平。

芯片的設計和製造技藝總在不斷迭代,每次迭代總能深刻影響半導體領域的行業格局。

芯片的設計通常在電腦上用設計軟件完成,我國目前設計水平比較領先,處於世界第二,僅次於美國。我們設計出了一批優秀產品,連續幾年登上世界第一寶座的“神威·太湖之光”超級計算機用的CPU(中央處理器)芯片,就是典型代表。國產手機、電腦和服務器用的CPU芯片性能也基本上達到了國際先進水平。

但是芯片設計需要依賴電子設計自動化工具(EDA),這一工具使設計者能用計算機進行邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、佈局、佈線和仿真等工作,最終完成芯片設計。而提供該軟件服務的主要是3家美國公司。我們在設計上需要依賴美國的軟件公司。

談到芯片的製造,一個芯片的簡易工藝流程如下:

首先找到一塊圓圓的硅晶圓, (就是一大塊晶體硅, 打磨的很光滑, 一般是圓的)大小一般就是上面說的指甲大小。

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片應用領域

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

生產線

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

設備生產

1. 溼洗: 用各種試劑保持硅晶圓表面沒有雜質

2. 光刻:用紫外線透過蒙版照射硅晶圓, 被照到的地方就會容易被洗掉, 沒被照到的地方就保持原樣。 於是就可以在硅晶圓上面刻出想要的圖案.。注意, 此時還沒有加入雜質, 依然是一個硅晶圓。

3. 離子注入:在硅晶圓不同的位置加入不同的雜質, 不同雜質根據濃度/位置的不同就組成了場效應管。相當於上面說的晶體管。

4.蝕刻:

4.1幹蝕刻 :之前用光刻出來的形狀有許多其實不是我們需要的,而是為了離子注入而蝕刻的。現在就要用等離子體把他們洗掉, 或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結構, 這一步進行蝕刻。

4.2溼蝕刻 :進一步洗掉, 但是用的是試劑, 所以叫溼蝕刻。

以上步驟完成後, 場效應管就已經被做出來,但是以上步驟一般都不止做一次, 很可能需要反反覆覆的做, 以達到要求。

5 等離子沖洗 :用較弱的等離子束轟擊整個芯片。

6 熱處理,其中又分為:

6.1 快速熱退火:就是瞬間把整個片子通過大功率燈照到1200攝氏度以上, 然後慢慢地冷卻下來, 為了使得注入的離子能更好的被啟動以及熱氧化。

6.2 退火:操作方法同6.1,不過速度會變慢。

6.3 熱氧化:製造出二氧化硅, 也即場效應管的柵極(gate) 。

7.化學氣相澱積(CVD), 進一步精細處理表面的各種物質。

8.物理氣相澱積 (PVD), 類似, 而且可以給敏感部件加塗層。

9.分子束外延 (MBE), 如果需要長單晶的話就需要這個。

10.電鍍處理.

11.化學/機械 表面處理

然後芯片就差不多了, 接下來還要:

12 晶圓測試

13 晶圓打磨

這樣就可以出廠封裝了。

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

集成電路板

在指甲大小的一塊麵積上,做出這麼多事情來,可見一個芯片能夠完成是具有多麼大的困難。還不包括裡面各種不符合的控制。

我國設計水平雖然位居世界第二,但是在芯片製造領域,包括製造工藝和製造裝備方面,中國能力尚弱。芯片製造聽上去像是傳統制造,實際上其製造工藝和裝備的精密、繁雜程度遠超後者。具體工藝見上述芯片工藝流程。

與上述製造工藝相對應的,是200多種關鍵製造裝備,包括光刻機、刻蝕機、清洗機、切割減薄設備、分選機以及其他工序所需的擴散、氧化、清洗設備等。每種裝備的製造技術要求都很高,製造難度極大且造價十分高昂。

目前,在芯片製造領域,佔有領軍地位的企業大多來自美國、日本等國家,中國芯片製造廠80%的裝備需要從國外進口。

即使有了這些先進裝備是遠遠不夠的,還要開設生產線、制定經營計劃。建廠、設備安裝及調試往往需要2-3年時間,這意味著芯片製造企業要預先對市場需求做出判斷。芯片製造技術不斷迭代更新,之前的設備及生產線到真正投產時是否能滿足市場需求,猶未可知。如果新建成的生產線不能充分實現量產,之前的投入將面臨重大風險。

此外,芯片製造所需的材料也大量依賴進口,有的材料如光刻膠需全部進口。國內半導體材料產業總體規模偏小、技術水平偏低,國產材料的銷售規模佔全球比重不到5%,與發達國家相比仍存在較大差距。

"
中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片

芯片,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英語:integrated circuit, IC)。是指內含集成電路的硅片,體積很小,常常是計算機或其他電子設備(如智能手機)的一部分。

製成這樣的硅片,要將上億個晶體管在指甲蓋大小的硅晶片上精確排布,前後要經過近5000道工序。這種產品的設計和製造就是在挑戰人類能製造多小的極限?!比如,芯片研發包括兩個環節,設計環節與製造環節。研發都是以納米(1nm=1/1000mm)作為單位,目前美國公司研發與製作芯片已經到達14nm級別。我國還存在差距,還達不到這種水平。

芯片的設計和製造技藝總在不斷迭代,每次迭代總能深刻影響半導體領域的行業格局。

芯片的設計通常在電腦上用設計軟件完成,我國目前設計水平比較領先,處於世界第二,僅次於美國。我們設計出了一批優秀產品,連續幾年登上世界第一寶座的“神威·太湖之光”超級計算機用的CPU(中央處理器)芯片,就是典型代表。國產手機、電腦和服務器用的CPU芯片性能也基本上達到了國際先進水平。

但是芯片設計需要依賴電子設計自動化工具(EDA),這一工具使設計者能用計算機進行邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、佈局、佈線和仿真等工作,最終完成芯片設計。而提供該軟件服務的主要是3家美國公司。我們在設計上需要依賴美國的軟件公司。

談到芯片的製造,一個芯片的簡易工藝流程如下:

首先找到一塊圓圓的硅晶圓, (就是一大塊晶體硅, 打磨的很光滑, 一般是圓的)大小一般就是上面說的指甲大小。

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

芯片應用領域

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

生產線

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

設備生產

1. 溼洗: 用各種試劑保持硅晶圓表面沒有雜質

2. 光刻:用紫外線透過蒙版照射硅晶圓, 被照到的地方就會容易被洗掉, 沒被照到的地方就保持原樣。 於是就可以在硅晶圓上面刻出想要的圖案.。注意, 此時還沒有加入雜質, 依然是一個硅晶圓。

3. 離子注入:在硅晶圓不同的位置加入不同的雜質, 不同雜質根據濃度/位置的不同就組成了場效應管。相當於上面說的晶體管。

4.蝕刻:

4.1幹蝕刻 :之前用光刻出來的形狀有許多其實不是我們需要的,而是為了離子注入而蝕刻的。現在就要用等離子體把他們洗掉, 或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結構, 這一步進行蝕刻。

4.2溼蝕刻 :進一步洗掉, 但是用的是試劑, 所以叫溼蝕刻。

以上步驟完成後, 場效應管就已經被做出來,但是以上步驟一般都不止做一次, 很可能需要反反覆覆的做, 以達到要求。

5 等離子沖洗 :用較弱的等離子束轟擊整個芯片。

6 熱處理,其中又分為:

6.1 快速熱退火:就是瞬間把整個片子通過大功率燈照到1200攝氏度以上, 然後慢慢地冷卻下來, 為了使得注入的離子能更好的被啟動以及熱氧化。

6.2 退火:操作方法同6.1,不過速度會變慢。

6.3 熱氧化:製造出二氧化硅, 也即場效應管的柵極(gate) 。

7.化學氣相澱積(CVD), 進一步精細處理表面的各種物質。

8.物理氣相澱積 (PVD), 類似, 而且可以給敏感部件加塗層。

9.分子束外延 (MBE), 如果需要長單晶的話就需要這個。

10.電鍍處理.

11.化學/機械 表面處理

然後芯片就差不多了, 接下來還要:

12 晶圓測試

13 晶圓打磨

這樣就可以出廠封裝了。

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

集成電路板

在指甲大小的一塊麵積上,做出這麼多事情來,可見一個芯片能夠完成是具有多麼大的困難。還不包括裡面各種不符合的控制。

我國設計水平雖然位居世界第二,但是在芯片製造領域,包括製造工藝和製造裝備方面,中國能力尚弱。芯片製造聽上去像是傳統制造,實際上其製造工藝和裝備的精密、繁雜程度遠超後者。具體工藝見上述芯片工藝流程。

與上述製造工藝相對應的,是200多種關鍵製造裝備,包括光刻機、刻蝕機、清洗機、切割減薄設備、分選機以及其他工序所需的擴散、氧化、清洗設備等。每種裝備的製造技術要求都很高,製造難度極大且造價十分高昂。

目前,在芯片製造領域,佔有領軍地位的企業大多來自美國、日本等國家,中國芯片製造廠80%的裝備需要從國外進口。

即使有了這些先進裝備是遠遠不夠的,還要開設生產線、制定經營計劃。建廠、設備安裝及調試往往需要2-3年時間,這意味著芯片製造企業要預先對市場需求做出判斷。芯片製造技術不斷迭代更新,之前的設備及生產線到真正投產時是否能滿足市場需求,猶未可知。如果新建成的生產線不能充分實現量產,之前的投入將面臨重大風險。

此外,芯片製造所需的材料也大量依賴進口,有的材料如光刻膠需全部進口。國內半導體材料產業總體規模偏小、技術水平偏低,國產材料的銷售規模佔全球比重不到5%,與發達國家相比仍存在較大差距。

中國芯片製造水平與美國到底存在多大的差異?實業報國仍不過時

中國製造

“中興事件”於“華為事件”沒有發生之前,很多人覺得芯片就是很普通的電子元器件,直接從市場上買來用就是了。但實際上,芯片技術是現代信息技術的制高點,關係到國家的競爭力和信息安全。

我們國家要想在電子信息行業技術上有所突破,或者說與發達國家齊頭並進,還有很漫長的路要走。

參考資料《倪光南芯片差異訪談視頻》,網絡資料。

"

相關推薦

推薦中...