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国产芯片巨头又被美国一剑封喉!半导体产业上游石英应用技术严重短板


来源:中国粉体网   平安

[导读]  半导体集成电路(IC)的生产工艺异常复杂,是人类目前生产的最复杂的产品。即使拥有最先进的生产设备,我国短期内也无法生产出高端的IC芯片,因为我们严重缺乏人才和核心技术,而这一切都需要长时间的积累。在由中国粉体网主办的“2018第二届石英精细加工及应用技术交流会”即将召开之际,我们来了解一下石英在半导体集成电路产业中的应用情况。

中国粉体网讯  据纽约时报报道,美司法部近日公布了对中国福建晋华集成电路有限公司、中国台湾联华电子半导体公司及三名台湾人的指控。他们被控密谋从美国芯片制造商美光科技窃取技术。10月底,美司法部表示将禁止晋华购买美国零部件,因为这对美国国家安全构成了威胁。

来源:闽商报

10月30日,美国对福建晋华实施如同对中兴相似的出口管制的第一天,美国三大半导体设备商 Applied Materials、Lam Research、Axcelis同时将驻厂人员全数撤出福建晋华的12寸厂,所有的机台设备装机、协助生产的动作全面停止,而已下单但未出货的机台设备则全数暂停出货。与此同时,福建晋华的技术合作开发伙伴台湾联电在10月31日正式提出,将停止DRAM芯片开发项目。

DRAM这类非常高端且国内极为缺乏的芯片,全球有能力生产的供应商仅有三星电子(Samsung Electronics)、SK 海力士(SK Hynix)、美光(Micron)三家。近几年国内逐渐开展DRAM 项目自主研发的企业有福建晋华和合肥长鑫。福建晋华原本希望在DRAM芯片领域实现国产芯片的突围,其一期芯片工程总投资人民币370亿元,已在今年9月正式投产,预计投产后月产能将达到6万片12英寸晶圆。

DRAM 来源:网络

据业内专业人士讲,半导体集成电路(IC)的生产工艺异常复杂,是人类目前生产的最复杂的产品,没有之一。即使拥有最先进的生产设备,我国短期内也无法生产出高端的IC芯片,因为我们严重缺乏人才和核心技术,而这一切都需要长时间的积累。在由中国粉体网主办的“2018第二届石英精细加工及应用技术交流会”即将召开之际,我们来了解一下石英在半导体集成电路产业中的应用情况。

在芯片基板中的应用

芯片制造的基板是片状的硅晶圆,这种圆片是用钻石刀将单晶硅柱横向切成的,而单晶硅柱是由高纯度的多晶硅在融化之后,经过拉晶的工艺形成的。高纯度的多晶硅需要两步的纯化才能获得,第一步是在石英原料中加入碳,以氧化还原的方式获得98%以上纯度的硅,进一步采用西门子制程作纯化,至此将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。高纯度是石英应用于芯片基板中的核心技术要求。

各种尺寸的晶圆 来源:网络

目前我国高端的高纯石英产品仍需从国外高价进口,以满足电子信息等行业的生产需要;或直接进口由高纯石英制备的石英棒等,以满足电子元器件生产的品质需求。高纯硅材料已成为制约我国半导体产业发展的瓶颈,而高纯石英处在硅产业链的源头,对相关产品和技术起到关键的制约作用。我国高纯石英技术相对落后的原因,除了装备技术、加工工艺及检测水平较低之外,我国缺乏高纯石英原料评价与选择技术,对于高纯石英原料选择及其加工工艺还存在较大的盲目性,这是一个源头性的重要原因。

在芯片封装中的应用

一颗IC芯片从设计到制造非常不易,然而由于芯片相当小且薄,如果不在外施加保护,就很容易被刮伤损坏。此外,由于芯片的尺寸微小,如果不用一个较大尺寸的外壳,便不易以人工安置在电路板上。芯片的封装因此显得尤为重要。据统计,全世界95%以上的封装材料为环氧塑封料,其在生产过程中需大量使用具有特殊性质的石英粉(球形硅微粉)作填料。

芯片封装图 来源:网络

随着微电子元件性能不断提高,对封装技术及封装材料的要求越来越高,不仅要求其粒度符合封装的特定范围,而且还要求其纯度高、放射性元素含量低,特别是对于颗粒形状提出了球形化要求。球形硅微粉不但形状好,而且化学纯度高、放射性元素含量低,能满足高端集成电路的各项技术要求,其应用能极大地降低塑封料的热膨胀系数、降低其介电常数、减少应力等,已成为电子封装不可或缺的关键材料。

国际上球形硅微粉生产技术主要为日本、美国、德国等少数几个国家掌握,全球封装材料市场大部分由日本、美国企业主导。日本是目前世界上对石英粉体球形化研究最早也是开发最成功的国家之一,其生产技术处于世界领先水平,生产的高纯球形硅微粉已被广泛应用到航天航空、超大屏幕电子显像和大规模集成电路中,产品出口到世界各国,而其所使用的原料大多来自于中国大陆。

目前国产球形硅微粉无论是生产规模还是产品品质,与国外相比,差距都较大,有待于技术升级和产品创新。为适应高端集成电路对封装材料的要求,结合我国目前生产技术水平及产品品质,根据国际发展趋势,我国应加大对球形硅微粉的开发力度,引导向高纯、超细、高球形化以及高分散性、高均匀性方向发展。

在芯片生产设备及流程中的应用

集成电路芯片从生产到封装,其整个生产过程都需要石英玻璃制品。从硅片生产设备上来说,多晶硅还原炉罩和单晶硅外延钟罩均为高纯度石英玻璃。从硅片生产流程上来说,由于石英玻璃极高的化学稳定性,硅片的酸洗和超声波清洗要用石英玻璃花篮和石英玻璃清洗缸。其它相关工艺要用到石英舟、石英支架等作为承载。作为半导体工业中必要的且用量特别大的石英玻璃制品,石英玻璃扩散管的纯度、尺寸、抗高温变形性能及外观质量性能直接影响最终集成电路的质量和成本。

然而,受制于我国石英原料的纯度、原料的精细化加工、装备技术及石英玻璃的制备工艺技术,用于生产单晶硅的石英玻璃制品仍需大部分进口。大尺寸的石英玻璃是国内石英玻璃熔制的一大瓶颈,高效生产高品质的石英玻璃尚需国内进一步加大投入研发。

石英玻璃 来源:网络

小结:

以上简单回顾了半导体产业上游中石英原料及制品在IC芯片的器件、生产设备及流程中的应用,其中,石英的高纯、超细、球形化技术及其产品的稳定性、无污染等都是非常严苛的要求,我们与国外先进技术的差距是多方面的,拥有自主知识产权的核心技术才能使民族企业走出被动受压制的局面,而实现此目标任重道远。

参考来源:

汪灵等.我国高纯石英加工技术现状与发展建议

胡修权等.我国球形石英粉开发状况及发展思考

王玉芬.石英玻璃在电子行业中的应用

DeepTech深科技、虎嗅等


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