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發布日期:2020-11-29


每當我國自研芯片的技術出現一些成果,就會看到一些網絡媒體使用“突破歐美封鎖”、“中國彎道超車”的報道出來。近日,我國的中微半導體在兩年前實現的5nm蝕刻機技術現在可以批量生産,并供貨給台積電,成爲7nm制程之後,唯一進入台積電5nm産線的大陸本土半導體設備廠商。不過在某些自媒體那裏,卻将這一蝕刻機技術當成了光刻機技術來宣傳。這不僅看出人們對芯片技術的陌生,也能看出人們想要“造話題”的急功近利心态。而另一則新聞則沒有引起人們更多注意。4月27日,據路透社的報道,美國商務部出台新規定,将要求美國公司向中國、俄羅斯等國出售集成電路、激光、雷達等某些物品必須獲得許可,并且廢除了某些美國技術及産品未經許可而出口的例外條款。美國此舉的鸡同鸭讲粤语完整目的是維護國家安全戰略,防止中國通過民用商業等途徑獲取美國先進技術轉爲軍用。顯然,其實質仍然是通過擴大外貿限制,阻止那些采用了美國技術的其他國家的公司向中國輸出這些先進技術和設備。就芯片産業來說,引領當前最先進的7nm、5nm芯片工藝的EUV光刻機一直掌握在荷蘭ASML公司手中,而我國大陸數家公司的購買訂單都因爲“種種原因”而未能引入,其中最主要的原因就是美國政府的阻撓。現在美國推行的貿易限制将讓我國進口這一設備的難度進一步加大,甚至于我們國内從使用這一設備的芯片生産廠商購買芯片,都可能受到影響。客觀來看,我們不僅沒有在最先進工藝的芯片制造中實現“彎道超車”,現在我們其實還處在“整體落後、局部趕上”的跟随階段。芯片自研之難,有複雜的大國博弈,有喧嚣的産業競争,也有隐微的技術之困。本文我們主要從技術之困,來深入到半導體産業的方寸之地,看下當前的芯片的技術難點和下一步發展。1965年,戈登摩爾提出:集成電路上可容納的元器件的數量每隔 18 至 24 個月就會增加一倍,性能也将提升一倍。此後的半個世紀,摩爾定律有效地預測了半導體産業的發展。1971年,Intel發布了第一個中央處理器4004,采用10微米工藝生産,僅包含2300多個晶體管。而如今的一個7nm EUV芯片晶體管多達100億個。可以想見摩爾定律所揭示的增長魔力。那麽,如何在一個指甲蓋大小的晶片上,放置數十億到上百億的晶體管呢?這就需要整體上了解下IC(集成電路)芯片的制造工藝了。IC芯片的制造可以分爲四個階段,分别是設計、制作、封裝和測試,制作又分爲矽提純、切割晶圓、光刻、蝕刻、重複、分層等步驟,其中以IC設計和光刻最爲關鍵。IC設計是芯片制造的基礎。IC設計要先完成規格制定,以滿足硬件的最終使用要求;然後要完成芯片細節的設計,也就是使用硬體描述語言(HDL)将電路描寫出來。在規格制定和芯片細節設計完成後,再畫出平面的設計藍圖,以完成邏輯合成。最後,将合成完的程式碼再放入另一套 EDA工具,進行電路布局與繞線(Place And Route),形成一層層光罩,而最終由光罩疊起合成一枚芯片。(完成電路布局與繞線的分層的光罩,一種顔色爲一層光罩)設計工作完成後,下一步就是芯片的制作。首先,芯片的制作需要一塊平滑的基闆,稱之爲“晶圓”。晶圓是由氧化矽冶煉純化以及拉晶後得到的單晶矽構成,矽晶圓柱再經過鑽石刀的橫向切割和抛光之後,才可以形成芯片制造所需的矽晶圓片。然後,IC芯片就像是用樂高積木蓋房子一樣,将設計好的電路在矽片基底上面一層。一層又一層的堆疊出來。這裏就要使用到“光刻”的方法。(IC電路3D剖面圖,藍色爲晶圓,紅色和黃色爲層疊的電路)首先在



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