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半导体制程在创造力与技术进步下不断突破

—— 专访泛林集团副总裁兼中国区总经理刘二壮博士
作者:王莹时间:2017-08-29来源:电子产品世界
编者按:我国的集成电路制造业正迎来大发展时代。世界芯片制造的现状与未来方向如何?我国晶圆制造的特点是什么?近几年人们常谈论摩尔定律,担忧是否会走到头?电子产品世界专访泛林集团副总裁兼中国区总经理刘二壮博士,为大家分析了芯片制造中包括职称和封装、多重曝光与EUV光刻等产业与技术,并探讨了国内市场发展状况的看法。

作者/ 王莹 《电子产品世界》编辑

本文引用地址:/article/201708/363608.htm

编者按:我国的制造业正迎来大发展时代。世界芯片制造的现状与未来方向如何?我国晶圆制造的特点是什么?

摩尔定律催生制程和封装的进步

  问:近几年人们常谈论摩尔定律,担忧是否会走到头,您怎么看?

  答:在过去几十年里,摩尔定律只做了一件事,就是线宽微缩。目前来看,线宽微缩的速度减慢了。但摩尔定律的实质是指半导体行业每隔18~24个月会进一步,只不过在过去几十年里,这个进步是由简单的线宽微缩来实现的。到今天,线宽的微缩变得越来越困难,因此,为了实现性能的提高,人们采取了各种各样的创新办法。主要是三个大方向,晶体管的结构、存储器的平面到纵向、封装的结构。

  逻辑芯片的晶体管从平面变成立体的FinFET,再往前,可能FinFET也不够了,需要纳米线。

  而在存储器方面,以前的存储器是平房,现在发现人住不下了,就盖楼,从32层、42层,到64层,现在大家都在谈要做96层和128层。以前觉得128层怎么做得出来?现在大家觉得可以做了。

副总裁兼中国区总经理博士

  封装的立体化是指,原来我们在凸块上植球,形成铜柱,现在还可以在上面布线,布线意味着可以将两块芯片叠在一起,增加功能,是一种SIP(堆叠封装)集成。

  所以,线宽微缩可能会慢下来,但人的创造性无限,我相信技术会一直进步。

  问:微缩工艺的下一步期望是什么?

  答:从现在的技术路线图,我们在逻辑方面,从7纳米、5纳米到3纳米,大家已经看到3纳米了,虽然没有把它做出来,但是已经看到怎么做了。

  实际上,从技术角度,解决方案都有,问题是要花多少成本/代价去实现它,这就变成摩尔定律成本的经济学考量,要把成本降低到大家都能接受的程度。在可预见的将来,这是有可能发生的。例如3D NAND闪存,现在我们在讲128层,但现在也有新技术出现。大家都在思考,去解决立体堆叠可能走到尽头的问题。

多重曝光与EUV光刻

  问:半导体制程的挑战是什么?

  答:提到摩尔定律向前的进步,是把晶体管越做越小。那么怎样把小晶体管做出来呢?这种工艺一般叫作光刻工艺,就是在光刻时遮挡住一部分,其他的通过刻蚀拿掉。由于目前用的光的波长比较长,就很难把尺寸做得非常小,就像近视的人要想看得更清楚,就要想别的办法。一种办法是用EUV(极深紫外)使波长变得更短,但这项技术非常贵(约1亿欧元),而且不成熟。

  第二种办法是通过创新性的方法来做。不就是为了把这条线刻出来吗?刻这条线的时候也不一定非要留着它,所以现在的办法就是多重曝光技术。比如想做两条很细的线,但是曝光不出来这条线,所以就先曝光一条比较粗的线,例如先曝光一条20纳米的线,在两边各沉积5纳米的“墙”,随后把中间的20纳米拿掉,就剩下“墙”,就这样得到了5纳米的线。

  这种方法有一个特点,首先对淀积的要求非常高,以前光刻机对均匀度要求没那么高,比较容易达到。可是你做多重曝光淀积的时候,因为是一次性做出来的,所以对均匀度要求就更高了。“墙”是5纳米,如果做成5.5纳米,“墙”就厚了。因此设备对均匀度的要求非常高。同样,刻蚀的均匀度要求也非常高,怎么做到呢?首先是腔体设计方面,刻蚀采用等离子体,它就是一个气流,气流的均匀度要求非常高,晶圆的中间和边缘要非常一致。因此,在晶圆腔体的设计上要做很多计算机的模拟,以把气流均匀做好。

  第二,还不能往下掉东西,这样会影响良率。因此,对腔体的缺陷会有严格的控制。缺陷怎么来的呢?一方面等离子体会轰击腔体的墙壁;第二,在刻蚀过程中,有一些副产品会淀积在上面,因此之后会再用等离子体把副产物去掉;腔体底下还有一个阀门,过程中不能产生粉尘,所以这是非常复杂的过程。传统上,过去几十年来,人们一直通过腔体设计逐步做改善,到现在发现它已经快走到瓶颈。以前的技术是被动的,比如引入气流去调节,现在变成主动的,温度高了以后就把它降下来,这是一项革命性的技术。例如可以通过调整,做到更好的均匀度。这是从刻蚀来看的一个进步。

  类似在淀积、刻蚀、金属钨方面的进步还有很多。在金属钨淀积方面,就像你打一口10米深的井,下雪后,雪很难把井填完。现在技术已变得很容易。但进一步,打井不算,井下还有横着跑的地道,竖着横着都得填满。(Lam Research)今天非常擅长这项技术,在金属钨淀积是99.7%的市场占有率。

  问:您一直在讲沉积和刻蚀,是不是可以用这两项技术结合来替代EUV光刻做不到的技术?

  答:是的。通过这种方法可以突破目前光学分辨率的极限。目前14纳米的FinFET基本都要用这项技术。

  问:何时会用到EUV光刻?

  答:从技术角度看,本来希望在十几纳米制程就用到,但因为技术出不来,所以就改用多重曝光。现在大家都认为在7纳米时可以使用,当然不是全面应用,而是在某些特定的地方已经开始使用。可见,EUV引进的时间与原来希望的相比已经晚了很多。

  问:晶圆设备市场有多大?

  答:晶圆设备、半导体芯片和整个电子产业呈倒三角关系。据中国工业和信息化部电子科技情报研究所、社科文献出版社发布的工业和信息化的蓝皮书称,全球电子行业整体约有价值两万亿美元的市场规,而这其中,半导体行业占到了约3400亿美元的规模,即17%左右的份额。在这17%份额中,用于晶圆厂设备的大约有340亿美元,但因为市场一直在变化,比如今年设备业发展非常快,可能会超过400亿美元。

中国制造市场

  问:现在中国的半导体业正蓬勃发展,您对此有何看法和建议?

  答:一个行业需要脚踏实地地做起来,政府有《国家产业发展推进纲要》来推动行业发展是非常好的,一方面咱们国家确实非常需要这个行业的发展;另一方面,半导体行业的投入巨大,如果没有政府主动推动,让它自然地发展是很困难的。事实也证明,自从2014年6月“纲要”发布至今,国内的半导体业发展这么快,主要原因就是政府推动的结果。

  第二,半导体的特点是每个环节都不能偏废,不能只做成熟的,或只做最先进的,其他的不做。既要兼顾最高精尖的技术发展,同时也要兼顾到市场的需求。对于国内企业来说,成熟技术可能挺多的,高精尖的部分有,但现在还没有做到,例如台积电开始做10纳米了,7纳米也要出炉了,那一块的市场国内还没有得到。所以我们要把缺失的部分赶上去,政府可以在其中起到助力。对于成熟的部分,市场就可以起到相当大的推动作用。

  问:国内也有一些半导体设备商,您怎么看竞争?

  答:从行业看,我们永远欢迎大家都来参与到这个行业里;另外,有竞争才有发展。在高技术方面,我们更多的竞争是与一些国际大厂;在国内,在一些非核心、非关键的层次上有竞争。

  实际上,竞争在任何一个行业都永远存在,竞争让我们进步。我们能做的,不是喜欢或者不喜欢竞争,而是把我们的本业做好,把我们的客户照顾好。

  例如国内企业在技术层面比国际最领先的企业往往还有一些差距,在存储器方面刚起步。但是差距不是你想赶就能赶上的,需要很多具体的技术和细致的工作基础。而泛林与全球先进的企业有合作关系,在这个过程中也积累了非常多的经验,在跟国内客户合作的过程中,可以把经验和价值带到合作关系中来。相信这种合作能够加快客户公司的技术发展,尽快减少差距,迎头赶上,并为客户带来价值。

  本文来源于《电子产品世界》2017年第9期第1页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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