西方最担心的事已经发生, 半导体设备, 中国可以做到基本自主可控

以山爱科学2024-08-10 11:34:47  93

中微公司在接受采访的时候,说了这么一句话,主要的零部件,可控率达到了90%以上,到了2024年的第三季度结束的时候,就可以做到100%的程度。

这话说的提气,90%不算什么,必须得做到100%。

因为往往没有做到自主研发的,都是最关键的核心技术,西方卡脖子还就是用这点核心技术来卡。

而半导体产业在中国发展极为迅速,这一点更加的重要。

以芯片为例,在2018年的时候,中国的芯片需求占全球市场的近五成,但这些芯片的九成,却需要进口来弥补。

这让很多企业的喉咙被国外掐住了。

关键的技术被掐住了,中国的很多商业秘密,甚至是国防信息的存储都会面临一定程度的危险。

比如在芯片软件上,留有后门之类的设计。

在2022年的九月五号,中国的国家计算机病毒应急处理中心,就曾经发布一个调查报告。

内容是西北工业大学被境外的网络攻击,最终锁定是美国的国家安全局下辖的部门做的这件事。

那么在这次的网络攻击中,他们就使用了四十一种,四个大类的美国国家安全局专属网络攻击工具,其中一个大类就是漏洞攻击突破类工具。

最终窃取了140GB的数据。

所以关键性的技术掌握在手里,才是最安全的保证。

而且芯片短缺的话,对制造业都会有一个非常大的冲击。

比如在2021年的时候,芯片就出现过短缺,直接导致全球的汽车产量就减少了三百九十万辆。

其中福特公司就减少了一百一十万辆。

所以半导体产业从设计,到最后生产出成品掌握在手里,才是最安全的保证。

中微公司的突破

半导体产品的设计并不是很多人想象中的那样,有了光刻机就万事俱备了。

在整个半导体产品的设计中,有着十分精细的划分,比如在主要的环节中,被分为设计、制造、封装、上游设备、材料、软件设计。

这些环节缺一不可。

比如一块小小的芯片,从原料开始进厂进行生产,到最后出了成品,前后就需要八十五天的时间,经历上千道的工序。

而在整个的芯片制造的过程中,硅晶圆是一直在传送盒里进行操作,人是不能和产品进行接触的。

所以半导体的生产设备是非常关键的。

中国在半导体产业链中,进入到本世纪就开始加紧追逐,比如在半导体融资方面就有很大的提升。

在2008年的时候融资数量是二百六十三起,到了2021年的时候就已经涨到了四百九十八起。

每一起的融资都代表着大额的投入。

一些数据就可以体现,这些融资带来的效果。

在2020年的时候,以全球的视角来看,中国的半导体企业,在封装和测试的市场中占比达到了17%。

而成熟制程制造这一领域,中国在全球市场上也有了11%的进展。

再有芯片的设计上,中国的企业在全球的市场份额中也有10%的地位。

那么具体到公司,以中微公司为例。

在2017年的时候,中微公司在半导体产业上的销售额达到了十一亿元。

主要有三个类别的产品。

其一是LED芯片MOCVD机台,出货量达到了一百多台。

一百多台的数量看起来并不大,但要知道在2017年的时候,中国新增加的MOCVD也只有二百台多台而已。

在这个项目上,中微公司在国内市场上占有率已经达到了40%,是一个很了不得的一个数据。

其二是介质刻蚀机,这种设备是用来制作集成电路芯片的,在2017年的时候,中微公司可以做到二十二纳米以下。

不仅如此,放在生产线上进行验证的还有十四纳米。

除此之外,还有一个五纳米的项目在研究室里进行研究着呢?

从实用,到产业实验,再到研究,做到了三不耽误,时时刻刻保持高速推进状态。

其三,是硅通孔刻蚀设备,这种设备的作用就是用来进行封装的。

其实不仅是中微公司,到现在中国参与到半导体设备研发的公司已经有几百家。

而且研发的范围涵盖了半导体产业设备的十个大类,几乎所有的门类。

取得的成果也是喜人的,比如中微公司的等离子刻蚀机,就已经可以做到取代国际设备的程度。

上文提到的中微公司要在今年的第三季度末,实现设备的100%可控率,就是这台等离子刻蚀机。

刻蚀机是干什么用的呢?

在芯片制造中,有三种设备缺一不可,分别是光刻机、薄摸机、刻蚀机。

光刻机是用来在硅片上画图的,就像木工在制作家具的时候,在木料上用墨斗画线是一个道理。

而刻蚀机在光刻机画完图画之后,开始清理硅片上不需要的部分,就像木匠,开始使用各种工具进行施工,将不需要的部分锯掉一样。

最终就出现了需要的产品。

注意:光刻机和蚀刻机是配套使用的。

比如光刻机雕刻七纳米或者五纳米的芯片。

而与之配套进行清理工作的蚀刻机,也必须配套七纳米或者五纳米的水准才行。

中微公司的刻蚀机在世界上也是可以排的上号的,比如他们在2018年攻克了五纳米的刻蚀机,在2022年又将五纳米刻蚀机商业化,到了2023年的时候攻克了三纳米的。

所以中微公司的刻蚀机进步的非常快。

在此之前,美国不仅将光刻机进行管控,刻蚀机也是作为管控设备列入到名单之中的。

现在随着中微公司的蚀刻机的突破,这种管控也就被解除了。

毕竟管控已经没有了意义,中微公司的刻蚀机不仅在国内销售,而且已经销售到了国际上,进行出口了。

当然了,中微公司作为后起之秀,蚀刻机在全球的占有量还是比较小的。

目前美国泛林半导体、美国应用材料、再加上日本的东京电子,三家公司瓜分了蚀刻机全球市场的94%。

其中美国泛林半导体占据55%的份额,美国应用材料占据20%,日本的东京电子占据19%。

目前中国在蚀刻机上有所成就的就只有两家企业,一家是中微公司,另一家是北方华创。

而只有中微公司是唯一一家可以生产七纳米和五纳米蚀刻机的公司。

所以中微公司的技术打破了国际上三家公司的垄断,实现中国蚀刻机的国产化。

中微公司是在2004年,由尹志尧回国创办的,当年老先生已经是六十岁的高龄了。

创立中微公司的三年后,就生产出了第一台电容性等离子刻蚀机。

不要小看首台刻蚀机,它的效率比当时国外同类产品高出了30%。

而到了2022年的时候,就已经做到了可以量产五纳米的刻蚀机。

短短的时间里,进步是非常的明显。

蚀刻机的分类及原理

刻蚀目前有两种方法可以将介质上的材料进行清除,在这个过程中,会使用到化学的方法和物理的方法。

总体来说,就是先在介质上盖上一个掩蔽膜,这个掩蔽膜会将需要保护的部分进行遮蔽,而刻蚀的工作范围,就是没有被掩蔽膜保护的地方。

所以在蚀刻机中,也就有了两个类别的设备,湿法刻蚀机和干法刻蚀机。

其中湿法刻蚀机,比较简单,利用化学的方法对不需要的部分做腐蚀处理,进行清除。

这种设备的优点是,成本比较低,刻蚀的速度非常的快,导致效率也是很高的。

当然了任何事情总是具备两面性的,它的缺点也比较明显,掩膜和氧化膜对不齐,钻刻比较严重,不好控制。

要知道芯片可是高精尖的产品,相当于在米粒上刻字,要是对不齐的话,就会出现不良产品。

所以湿法刻蚀的不良品率是非常高的。

最好的就是干法蚀刻机,它使用的干法蚀刻也被叫做等离子体蚀刻。

是整个蚀刻领域中最常用的设备,目前市场占有率超过了95%。

干法刻蚀机使用的方法比较复杂。

先是对一股气体释放电场,气体分子中的电子,在电场的作用下获得能量,从而制作出等离子体。

在这个过程中必须获得一个稳定的等离子,才能进行下一步。

在等离子体中,不仅有电子,还有离子,以及处于激发态的分子。

学过化学的都明白,过程就是分子变离子,然后进行电子的相互交换,生成全新的产物。

所以下一步就是利用这些等离子体对介质进行腐蚀清理。

这个过程属于一个化学过程,产生的物质会被挥发出去。

这些挥发物再被抽离工作台。

原理是这个原理,而过程是这样的。

利用等离子对介质进行轰击,在这个过程中将介质的化学键打断,让它们生成新的物质,然后新物质被抽走,这样等离子体就像钻头一样钻入到介质中。

因为使用的是轰击的方式进行蚀刻,所以方向性可以很好的控制,良品率极高。

当然了,这种方法也有缺点,对介质的底层材料有一定的损伤。

但这个缺点和湿法刻蚀比较起来,不算什么。

总结:

中国在半导体领域奋起直追,相信以中国科学家们的智慧,还是可以做到的。

当然了在奋起直追的过程中,投入也是巨大的。

比如中微公司2019年的营收是十九亿四千七百万,而研发投入就有四亿两千五百万。

现在中国要做的就是将整个半导体产业链条的,所有短板都补齐。

现在刻蚀机做到了领先,成为最长的那块板,相信其他的短板都会补齐。

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