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光刻机VS蚀刻机:同是芯片制造机,命运分两极

2019-02-18 09:24
来源: 与非网

谈及芯片问题,大家对我国的印象也许还停留在严重依赖进口的形象中,一场中美贸易战将这一行业暴露在了公众的面前,于是芯片行业开始了“造芯运动”。那么,经过这段时间的大操大办,我国是否有进展呢?近日就传来了好消息,中芯国际自主研发的5nm蚀刻机已成功被台积电验收。目前,台积电已宣布与中微合作。中国芯片从28nm到10nm,再到7nm,演绎着黑马奇迹,不断实现自我超越。

中微制造的5纳米蚀刻机是完全自主研发的。这家成立仅15年的半导体公司是中国最大的芯片方案制造商,为中国的科技做出了贡献。蚀刻工艺也开始慢慢突破。在未来,它将逐步突破技术难题。

当然,值得提醒的是,5nm蚀刻机的成功并不意味着它可以批量生产5nm芯片。目前世界上还是7纳米芯片是最先进的。蚀刻机是芯片生产中不可缺少的一个环节,而最重要的环节是光刻。但目前我国的科技水平还没有独立开发出10 nm范围内的光刻强度,仍然处于90 nm光刻的水平。

说到这里,就涉及到一个问题,什么是蚀刻机?为什么在生产芯片的过程中需要这种设备?

什么是蚀刻机?

简单来说,所谓的蚀刻机,就是在芯片生产的过程中所必须使用的一种设备,这种设备的作用就好像是雕刻中的刻刀一样,用种种手段把一块完整的金属板中我们不需要的部分给去除掉,剩下的就是我们需要的电路了。

下面这幅图这是芯片蚀刻的过程。从图中可以看到,金属板的表面上有一部分没有覆盖光刻胶,而这部分金属在蚀刻机的作用下被去除了,然后金属板(或者说晶圆)的表面就变成了我们想要的形状。整个大规模集成电路光刻和蚀刻的过程可以见再下一张图。

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蚀刻作用对金属板表面的塑形

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大规模集成电路的制造过程

那什么是等离子蚀刻机?
蚀刻机的最终目的就是不断把金属板表面我们不需要的部分给挖掉。

为了达到上述目的,最开始是使用的化学物质来挖掉这些物质,毕竟化学物质可以跟金属板中的材料发生反应,十分快速方便,但是其中也产生了一个很大的问题:液体的腐蚀是向各个方向的,不好控制。

打个形象的比方,你用一块板子能够挡住洪水吗?答案是不能,因为水会绕过这块板子。而用化学物质腐蚀金属表面有很多的弊端。下面这张图就很好的说明了这种问题,化学液体绕过了覆盖晶圆表面的光刻胶,腐蚀了我们不想腐蚀的部分。如果我们要求电路非常细,那么这种多余的腐蚀肯定会影响电路的性能。这就好比一根柱子,你在两边挖掉一点儿,如果这根柱子很粗,那么没什么太大的关系,如果这根柱子很细,那么估计就要倒掉了——这也是为什么化学物质蚀刻的方法不适用于更高制程的芯片。

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化学物质蚀刻的缺点

所以我们需要一种不会拐弯的物质来腐蚀金属表面,这种东西是什么呢?答案是“光”。光是不会拐弯的,所以可以笔直地腐蚀金属表面。当然了,这里的“光”不是真的光,而是一种等离子体,通过等离子体来对金属表面进行蚀刻。为什么等离子可以腐蚀金属表面、怎么产生等离子的,这个不重要,我们只需要知道等离子蚀刻更好、可以用来制造更精密的芯片就行了。比如说下面这幅图,就可以很好地说明两种刻蚀方法的区别。

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化学物质蚀刻和等离子蚀刻的区别

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