华为作为国内智能手机行业的技术天花板和全球5G通讯龙头,其在海内外市场的广泛影响力招来了国外厂商的妒忌。为了限制我国半导体行业的发展,以美国为首的半导体垄断联盟开始打压国产半导体厂商。
但华为终归是华为,在美国垄断联盟的高强度打压下,华为依旧在2021年4月22日完成麒麟芯片的商标注册。彼时,有关华为3纳米麒麟芯片正在设计的消息传播开来。不知大伙是否想过这样一个问题,倘若不计成本,华为能否制备出3纳米麒麟芯片呢?
我是柏柏说 科技 ,资深半导体 科技 爱好者。本期为大家带来的是:国内芯片代工制程的发展现状、若整合国内顶尖制程技术,华为3纳米麒麟芯片能否实现量产的分析。
芯片制程可分三大环节:逻辑芯片设计、芯片代工制造、芯片封装测试。为了便于大家理解,这里为大家逐个环节解析。首先是逻辑芯片设计,逻辑芯片设计需要经过很多环节,其中最重要的技术便是指令集架构。
在这里穿插一点,由于华为拥有ArmV8架构的永久使用权,在此推测麒麟9010有很大概率是基于ArmV8架构打造的。但Arm公司于2021年推出了新一代ArmV9架构,但因美国技术限制的影响,华为无法使用Arm公司最新推出的ArmV9架构。苹果A15以及骁龙895使用的是ArmV9架构。
回到国内,架构方面,我们拥有龙芯中科推出的具有自主知识产权的loong Arch架构,由于可以编译Linux操作系统,loong Arch架构可以用在手机芯片的设计当中。这给未来Loong Arch的推广以及国产指令集架构完成国产替代化埋下伏笔。
有关半导体芯片的封装测试,与我们在芯片代工领域被光刻机“卡脖子”的处境不同,我国在芯片封装测试环节中的技术比较可观。虽说与国外依旧存在一些距离,但可以满足半导体芯片封装技术的绝大部分要求。例如国内市占率第一,全球市占率13%的长电 科技 。
简单介绍完逻辑芯片设计与芯片封装测试,下面便是决定我国能否实现芯片自主化生产目标的关键因素“芯片代工环节”。芯片代工可分为晶圆制造、关键尺寸量测、晶圆曝光、刻蚀、清洗等环节。而在晶圆制造、刻蚀机、清洗、关键尺寸量测设备上,目前我国基本上能够实现自给自足的目标,最重要的便是光刻机。
换句话说,光刻机是制约我国半导体行业发展的关键因素。光刻机分为三大核心技术:双工件台、光刻光源、光刻镜头。双工件台我们有北京华卓精科,值得一提的是,华卓精科是继ASML之后,全球第二家掌握双工件台技术的中国厂商。上海℡☎联系:电子的28纳米浸入式光刻机,使用的双工件台系统便是华卓精科的。
光刻光源方面,清华大学破冰“稳态℡☎联系:聚束”光源,缩短了光源波长,助推我国未来半导体芯片制程的发展。长春光机所、上海光机所、哈工大团队着手EUV光源,成功破冰国外技术壁垒,推出了与ASML EUV光刻机同等效力的极紫外光源。
至于难度最高的光学镜头,中科院承接的超高能辐射光源、中科科仪旗下的中科科美推出的 直线式劳埃透镜镀膜装置及纳米聚焦镜镀膜装置,为光镜头提供了一定的技术支持。但这只是解决了光学镜头的其中一个环节,有关镜头的镜面打磨和材料等问题,还没有得到解决。换句话说,镜头已经是国产半导体需要着重攻坚的项目。目前我们只是实现了光镜技术从零到一的突破。
倘若排除成本,华为的3纳米麒麟芯片可以通过什么方式实现生产呢?
激光雕刻与采用石墨烯、硫化铂材料的浸入式生产。我国对激光技术的应用可谓炉火纯青,曾经卡住美国半导体发展十五年的福晶 科技 旗下的KBBF晶体便是一个很好的例子。采用激光雕刻,可以满足3纳米及3纳米以下的芯片生产。但该类方式的生产效率很慢,时间成本、人力成本以及设备后续的维修费也很高。
其次是石墨烯晶圆与硫化铂材料制程的半导体芯片,由于其内置规格的优越性与极高的热传导性、导电性。同等制程下制成的石墨烯芯片、硫化铂芯片其性能是传统硅基芯片的5~10倍。倘若不计较后续材料、技术推进所需的设备、人才培养费,石墨烯与硫化铂材料可以满足华为3纳米芯片的生产。
目前我们在芯片代工领域中实现了许多从无到有的突破,芯片制造已经来到了28纳米的制程节点。有关14纳米制程,中国电子信息产业发展研究院电子信息研究所所长温晓君在接受采访时表示:我国将在2022年完成14纳米项目的攻坚,实现14纳米制程设备的交付。祝愿国产半导体厂商愈发强大,在半导体领域中早日掌握自主权。
对于我国的半导体行业发展现状,大伙有什么想说的呢?对于国产半导体行业的发展,你有什么好的意见或是建议呢?欢迎在下方留言、评论。我是柏柏说 科技 ,资深半导体 科技 爱好者。关注我,带你了解更多资讯,学习更多知识。
具体的上市时间还没公布。
北京华卓精科科技股份有限公司成立于2012年5月9日,主营业务为集成电路制造装备及关键零部件的研发和产业化。目前产品包括超精密运动平台、激光退火设备、晶圆键合设备、晶圆传输系统、主被动隔振器、静电卡盘、精密测量系统等整机设备及半导体关键零部件,主要应用于集成电路芯片制造、先进封装、功率器件制造等产线,并在电子制造、激光加工等高端技术领域实现广泛应用。
扩展资料
北京华卓精科科技股份有限公司发展历程:
2012-2013年公司注册成立,入驻清华科技园、新元科技园。
2014-2015年完成股改并登陆新三板,荣获中国专利优秀奖,荣获清华科技园钻石企业。
2017年车仪式,公司“半导体装备关键零部件研发制造项目”、举行奠基仪式;、公司与杭州青山湖科技城签订“集成电路智能、装备研究院项目入区框架协议";公司完成首次股权激励计划。
2019年“纳米运动精度光刻机超精密双工件台技术与应用',荣获2018年度北京市科学技术奖-等奖;“采用气浮平面电机的硅片台观台交换系统"专利被,授予第二十届中国专利银奖;公司“半导体装备关键零部件研发制造项目”顺利封顶;杭州“超精密测控产品长三角创新与研发中心"开工建设。
2016年公司荣获国家高新技术企业认定;公司在北京经济技术开发区设立全资子公司;公司完成新三板登陆后首次融资。
2018年公司在杭州青山湖设立全资子公司;公司“半导体装备关键零部件研发制造项目”开工建设,项目占地面积30亩,总投资4.9亿。
EUV光刻机号可以说是人类工业史上的皇冠,其内部的零部件就达到了10万颗,背后还有5000多家供应商,所以说,单凭一个国家的 科技 水准,是很难制造出完整EUV光刻机的。
谈到光刻机就肯定避免不了芯片,当下芯片领域的发展一直是全球关注的重点,光刻机作为芯片制造的基础,一直是我国难以跨越的鸿沟,尤其是在高端光刻机方面,但是好在是EUV光刻机虽然难度大,哪怕是ASML公司也是集合各家所厂研发而成,这样一来,在一定程度上完成逐一突破便也有了可能。
说到这,就必须要提到EUV光刻机的三大核心组件:双工件台系统、EUV光源系统、EUV光学镜头
不过功夫不负有心人,我国在光刻机领域终有所进展
此前,关于双工作台组件,清华大学与北京华卓精科合作,已经实现了65nm工艺光刻机需求的双工件台样机。这一突破也表示,我们成功打破了ASML公司在双工件台上的技术垄断,实现了自主研发生产。
另外一个用于EUV光刻机设备的EUV光源,同样也是清华大学率先破局!
据“******”报道,由国家发改委立项支持、中科院高能物理研究院承建,国内首台高能同步辐射光源科研设备于2021年6月28日上午安装。与此同时,负责为这台光源设备提供技术研发与测试支撑能力的先进光源技术研发与测试平台启动试运行
此外,中科科仪旗下的中科科美也传来佳讯,其研制的直线式劳埃透镜镀膜装置及纳米聚焦镜镀膜装置于2021年6月28日正式投入使用。******对此也做出报道。
正所谓好事成双,关于这两项重大突破,可能不少人还是一头雾水。笔者尽量简洁明了地概述一下。
其一,中科院的高能光源设备是全球最亮的光源之一,在实现设备安装之后,也让中国在光源技术上有了深厚的积累。对国产光刻机的意义也是十分重大的,如果用在高端光刻机上,解决光源问题,避免国外依赖,那么在国内自主光刻机产业中将取得更大的话语权。并且在此项设备建好并安装完成之后,将成为国内首台高能量辐射光源、全球亮度最高的第四代光源之一,为很多重要的科研领域提供了最基本的技术支撑。
这是中国首次研制出高能量同步辐射光源,也是全球亮度最高的第四代同步辐射光源之一。
而且为了提高光源的精度和质量,中科院还专门配套研究了一个真空镀膜设备,可以将光学镀膜的厚度降低到0.1nm以内,能达到什么程度呢?实现0.1nm(100皮米)以内的真空纳米镀膜,要知道ASML的EUV光刻机都是德国0.蔡司提供的光刻机镜头,而蔡司公司也只有20多个工程师达到该水准。
也就是说,中科院的光学镀膜水平已经达到了世界前列,再加上第四代辐射光源的支持,国内要不了多久就能全面攻克EUV光刻机。
写在最后
伴随国家对半导体行业的重视,国产厂商在半导体领域中实现了许多从无到有的突破。照此趋势下去,相信我们距离实现先进制程芯片自主化生产的目标已经不远了。祝愿国产半导体厂商能够愈发强大,早日解决半导体核心技术卡脖子的问题,在半导体领域中所向披靡。
有志者,事竟成,相信随着中国科学家,科研人员的不断研究,还会取得更多项技术的攻克。
光刻机只是生产芯片的一部分设备,虽然实现了这部分某些技术领域的突破,但要想打通全产业链的自给自足,仍需要努力前行。美国的光源技术,德国的光学系统都处于世界顶尖水准。
但不管有多大的困难,中国都不会放弃自研,国产光刻机一定能迎来最终的崛起。
中国的半导体产业虽然谈不上落后,但也算不上先进,有像华为海思这样闻名全球的芯片公司,也有崭露头角的汇顶 科技 、紫光展锐这样的芯片公司。但整个半导体产业链其实是非常庞大的,中国的芯片公司主要只是掌握了设计。
整个半导体产业链规模是十分庞大的, 从EDA到芯片设计、芯片制造,到最后封装测试,所涉及到的公司不计其数。 而在中国大陆,半导体产业主要存在于芯片设计这块,我上面提到的华为海思便是主要做芯片设计,并未参与到制造过程中。
中国的芯片公司把产品设计出来后再交给代工厂生产,如咱们熟悉的台积电,不仅是麒麟系列芯片的代工厂,还是苹果A系列芯片的代工厂,也就是说, 台积电是芯片设计公司的上游供应商,而在台积电的上面,还有更上一级的供应商,那就是半导体设备商。
整个半导体制造产业中,最核心的设备就是光刻机, 因为缺少了光刻机,中芯国际目前仅取得了14nm工艺进展。 相比之下,台积电已经在量产5nm、规划3nm工艺了,所存在的差距确实是巨大的。不过现在好消息传来了,中国已经开始追赶了。
投影物镜、工件台和光源,这是制造光刻机的三大核心子系统,对自主生产光刻机有着至关重要的作用。 早在2001年的时候,荷兰光刻机公司ASML就生产出了双工件台系统, 极大的提升了光刻机的产能,从原本单工件台的80片/时,提升到了270片/时。
就在那时候,ASML已经把光刻机的分辨率已经推进到0.1℡☎联系:米,而中国光刻机分辨率还处于0.8到1℡☎联系:米,而且缺乏产业化,主要研制单位都是研究所。ASML双工件台系统的推出,引起了清华大学机械工程系教授朱煜的关注。
朱煜当时就认定,中国必须掌握这样的顶尖技术,因为这是强大的技术壁垒,双工件台称得上是半导体产业中一个世界级的难题。 在这样的背景之下,朱煜参与了“十五”、“863”IC装备重大专项的规划工作,2004年便研制出了10纳米同步精度的超精密运动平台。
但在后续的研发过程中,朱煜团队又陷入到了瓶颈之中,从2004到2008年,团队一度因为研发经费不足而几乎停滞,好在2009年“02专项”开始实施,团队才再次获得科研经费,从这时开始,朱煜团队开始重点研发双工件台。
为了加快产业化进程,2012年朱煜等人成立了华卓有限,也就是如今的华卓精科,经过长达8年的努力,朱煜团队终于开始收获回报了。 2016年华卓精科研制成功两套α样机,这也是“02专项”光刻机项目群中,首个通过正式验收的项目。
如今在朱煜等人带领下的华卓精科,成功 打破了ASML长达20年的双工件台垄断, 成为了全球第二家掌握高端光刻机双工件台的企业。按照计划, 华卓精科将于2021年生产可用于浸没式28nm光刻机的DWSi系列双工件台,朱煜表示,这款产品的售价约为6000万元。
目前华卓精科已经拿下了上海℡☎联系:电子的订单,公司的工件台已经于2020年4月供货。不过摆在华卓精科面前的难题依然艰巨,因为这家公司目前仅有上海℡☎联系:电子一家客户,而全球三大光刻机厂商尼康、佳能和ASML的高端工件台均为自主研发。
需要注意的是,尼康、佳能和ASML合计占据全球超过90%的光刻机份额,华卓精科基本上没有任何机会向这三家企业销售工件台。三家公司也都一致地认为,工件台属于核心技术,不对外销售,因此才使得华卓精科成为了上海℡☎联系:电子工件台的唯一供应商。
总之摆在华卓精科面前的难题依然很严峻, 首先是客户单一化,成为了企业营收最大的难题;其次上海℡☎联系:电子主要生产SSX600和SSX500 两个系列的光刻机,只能满足90nm工艺需求, 对于日渐提升的半导体产业而言,意义还是很有限的。
所以中国自主光刻机能否实现更进一步的突破,还得看后面上海℡☎联系:电子能够做得怎么样。 据悉,上海℡☎联系:电子的28nm光刻机即将于2021年交付,其中华卓精科的工件台起到了非常重要的作用。 真心希望如外界所言,国产光刻机能够在2021年迎来新的突破!