60岁尹志尧回国创业 中微半导体造出5nm刻蚀机

根据台积电的工艺路线图,2020年就要量产5nm工艺,而中微半导体的5nm蚀刻机已经打入台积电的供应链。这也是中国第一次在芯片制造设备上领先世界。
 
 
集成电路设备通常可分为前道工艺设备(晶圆制造)、后道工艺设备(封装与检测)等。因生产工艺复杂,工序繁多,所以生产过程所需要的设备种类多样。
 
其中,在晶圆制造中,共有七大生产区域,分别是扩散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蚀(Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric DeposiTIon)、抛光(CMP)、金属化(MetalizaTIon),所对应的七大类生产设备分别为扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备、化学机械抛光机和清洗机,其中金属化是把集成电路里的各个元件用金属导体连接起来,用到的设备也是薄膜生长设备。
 
 
在晶圆制造中,由于光刻、刻蚀、沉积等流程在芯片生产过程中不断循环往复,是芯片前端加工过程的三大核心技术,其设备价值也最高。
 
光刻就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来。类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上,而光刻刻的不是照片,而是电路图和其他电子元件,比如麒麟990拥有103亿的晶体管,究竟是怎么安装上去的,晶体管就是用光刻技术雕刻出来的。
 
 
刻蚀是使用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要材料。主要有2种基本的刻蚀工艺:干法刻蚀和湿法腐蚀。目前主流所用的是干法刻蚀工艺,利用干法刻蚀工艺的就叫等离子体刻蚀机。
 
在集成电路制造过程中需要多种类型的干法刻蚀工艺,应用涉及硅片上各种材料。蚀刻机也分为三大类,分别是介质刻蚀机(CCP 电容耦合)、硅刻蚀机(ICP 电感耦合)、金属刻蚀机( ECR 电子回旋加速振荡),这主要是因为电容性等离子体刻蚀设备在以等离子体在较硬的介质材料(氧化物、氮化物等硬度髙、需要髙能量离子反应刻蚀的介质材料;有机掩模材料)上,刻蚀通孔、沟槽等微观结构;电感性等离子体刻蚀设备主要以等离子体在较软和较薄的材料(单晶硅、多晶硅等材料)上,刻蚀通孔、沟槽等微观结构。
 
 
电子回旋加速振荡等离子体刻蚀设备主要应用于金属互连线、通孔、接触金属等环节。金属互连线通常采用铝合金,对铝的刻蚀采用氯基气体和部分聚合物。钨在多层金属结构中常用作通孔的填充物,通常采用氟基或氯基气体。
 
所以按材料来分,刻蚀主要分成三种:金属刻蚀、介质刻蚀、和硅刻蚀,它们彼此的应用并不相同,不能互相替代,因此。通过与光刻、沉积等工艺多次配合可以形成完整的底层电路、栅极、绝缘层以及金属通路等。
 
整体看硅刻蚀最难,其次介质刻蚀,最简单的是金属刻蚀。目前从事刻蚀机研发的企业共有北方华创和中微。
 
中微主要攻关的是介质刻蚀工艺和硅刻蚀工艺,中微半导体于2004年由尹志尧博士带领的海归人才创办,尹志尧博士中国科学技术大学化学物理系,曾任职于中科院兰州物理化学所,后来前往加利福尼亚大学洛杉矶分校留学,在硅谷Intel公司、LAM研究所、应用材料公司等电浆蚀刻供职16年。在半导体领域尹志尧个人拥有60多项技术专利,被称为“硅谷最成功的华人之一”。
 
 
在一次世界半导体设备展上,尹志尧偶遇时任上海经委副主任的江上舟。江上舟仔细观看了美国应用材料公司的设备后说:“看来刻蚀机比原子弹还复杂,外国人用它来卡我们的脖子,我们能不能自己把它造出来?”
 
在江上舟的鼓励下,2004年8月,时年60岁的尹志尧决定回国创业。与此同时,他还说服并带回了一批在硅谷主流半导体设备公司或研究机构工作多年的资深华裔工程师,这些人一起创立了中微半导体。
 
 
尹志尧立下目标,要用15年时间追赶,20年时间超越。中微目前做出的5nm刻蚀机就是介质刻蚀机,2018年12月的时候中微就宣布攻克了5nm技术。除了介质刻蚀之外,中微在硅刻蚀上也做出了重大的突破,中微TSV刻蚀设备已经装备了在中国市场占有率超过50%。
 
 
中微目前还在攻破金属硬掩膜刻蚀领域,从而实现了硅刻蚀、介质刻蚀、金属刻蚀的全覆盖。除此之外,中微还在研究MOCVD设备,MOCVD是1968年由美国洛克威公司提出制备化台物单晶薄膜的一项新技术。MOCVD成为了目前半导体化台物材料制备的关键技术之一。广泛应用于包括半导体器件、光学器件、气敏元件、超导薄膜材料、铁电/铁磁薄膜、高介电材料等多种薄膜材料的制备。
 
 
4月17日,尹志尧介绍了公司2020年度的八大主要目标。其中,在研发方面涉及到三点,一是开发CCP刻蚀机下一代新产品,聚焦逻辑器件大马士革刻蚀及存储器极高深宽比刻蚀等高难度的应用,以满足客户集成电路最先进器件加工的要求;二是ICP刻蚀机Nanova单反应腔系统完成多家客户验证,Twinstar双反应腔产品在客户完成初始验证;三是Mini-LED MOCVD新设备和UV-LED MOCVD新设备各在两家客户验证。
 
除了中微,北方华创在硅刻蚀、金属刻蚀上达到了世界主流水平,目前在攻克7nm刻蚀设备。
 
也希望其他的厂商也可以不断努力,在芯片制造设备上赶超世界。