一文详解晶圆制造设计流程

来源：乐鱼网    发布时间：2024-04-09 01:21:45

  如今，我国集成电路发展的新趋势愈加迅速，晶圆制造成为了不可或缺的一部分，而我国投入大量研发产业的就属晶圆代工。具体来说，晶圆代工就是在硅晶圆上制作电路与电子组件，这个步骤为整个半导体产业链中技术最复杂，且资金投入最多的领域。

  以处理器为例，其所需处理步骤可达数百道，且各类加工机台先进又昂贵，动辄数千万美元起跳。而一个成熟的晶圆代工厂其设备投入占总设备比重在 70%～80% 之间。

  从晶圆制造来看，主要工序流程可分为氧化光刻—刻蚀—抛光—离子植入—沉积—金属化—测试。

  氧化：其目的是生成二氧化硅薄膜。用硅作为半导体原材料的主要的因素之一就是硅容易生长出二氧化硅膜层，这样在半导体上结合一层绝缘材料，就可用做掺杂阻挡层、表面绝缘层，及组件中的绝缘部分。

  气化炉市场主要以国际大厂为主，如 Themco、Centrotherm Thermal Solutions 等。而中国也有北方华创供应相关设备，目前中芯、华力微电子、长江存储等厂商已采用。此外，中电科 48 所、青岛旭光等在氧化炉方面也取得重大进展。市场预估氧化炉今明两年中国需求共约 20 亿美元。

  光刻：为整个晶圆代工流程中最重要的工序之一。其原理是在晶圆片表面覆盖一层具有高度光敏感性光阻剂，再用光线透过掩模照射在晶圆片表面，被光线照射到的光阻剂会发生反应，最终达到电路图的移转。

  目前全球光刻机龙头为 ASML，此外，德国 SUSS、日本尼康、美国 Ultratech 等也具备较强实力。中国方面则有不少光刻机制造厂，如上海微电子、中电科 45 所、中电科 48 所等，但主要技术在 65nm～28nm 间，与国际大厂实力相差一大段。市场预估今明两年中国光刻机需求分别达 38 亿美元与 51 亿美元。

  刻蚀：是通过光阻剂暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺。大致上可以分为两大类：湿式刻蚀和干式刻蚀。简单区分，湿式刻蚀局限在 2 微米以上图形尺寸，而干式刻蚀则用在精细的先进电路中。

  刻蚀机目前国际上主要的供货商为应用材料、Lam Research 等。中国方面技术有慢慢追上的趋势，即将登录科创板的中微半导体，其自主研发的 5nm等离子体刻蚀机经台积电(2330-TW) 验证，将用于全球首条 5nm 制程生产线nm 技术有所突破。市场预估今明两年中国刻蚀机需求分别达 15 亿美元与 20 亿美元。

  抛光：可以使晶圆表面达到全面性的平坦化，以利后续薄膜沉积工序。美国应用材料、Rtec 等均为国际上主要供货商，中国则有中电科装备、盛美半导体等。但陆厂的产品才刚打入 8 寸晶圆厂中，12 寸的相关设备还在研发，明显与国际大厂有实力上的差距。市场预计今明两年中国抛光机需求将达 3.77 亿美元与 5.11 亿美元。

  离子植入：其是用来控制半导体中杂质量的关键程序，对半导体表面附近区域进行掺杂技术。优点是杂质量的精确控制，杂质分布的再重整，及低温下操作。

  离子植入机主要的供厂商为 AMAT，中国部份只有中电科电子装备公司能供应。市场预计今明两年中国离子植入机需求可达 5 亿美元与 7 亿美元。

  沉积：PVD 沉积为一种物理制程，此技术通常用氩等惰性气体，藉由在高真空中将氩离子以加速撞击溅镀靶材后，将靶材原子一个个溅击出来，使被溅击 出来的材质沉积在晶圆表面。

  薄膜沉积设备主要的供货商包含应用材料、Vaportech、Lam Research、ASM、 Tokki 等。而中国相关设备制造厂有北方华创、沈阳拓荆等。北方华创是中国薄膜沉积设备龙头，目前技术已达到 14nm。市场预计今明两年中国薄膜沉积设备需求可达 15 亿美元与 20 亿美元。

  测试：在晶圆完成制造之前，会有一道晶圆中测工序。在测试过程中，会检测每一个芯片的电路功能。

  晶圆中测检测设备包括 CDSEM（扫描电镜）、AOI（自动光学检测机）等。中国在这领域只是起步阶段，该产业主要由国际大厂所把持，如 KLA-Tencor、应用材料、Hitachi、Rudolph、Camtek 等。

  从上述可看出，各晶圆制造设备中以光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备的产值最大，生产难度也最高。除了刻蚀机，中微半导体顺利成为台积电供应名单的一员外，光刻机与薄膜沉积等等的半导体设备，中国厂技术离国际大厂还有一段差距，且短期仍不易追近。

  3月16日晚上，日本东北发生7.1级大地震后，日本车用芯片瑞萨电子在震中附近的三家工厂的生产受一定的影响：目前两座工厂完全停工，一座工厂部分生产线停运。那珂工厂（茨城县）、高崎工厂（群马县）和米泽工厂（山形县）的生产均受到了影响。 当然这个是短暂的问题。有关日本汽车半导体产业的状态，我想花一些时间梳理下。 备注：瑞萨的Naka和米泽工厂生产用于汽车和工业的微型控制器，而高崎工厂生产用于转换交直流电流的PMOS芯片。2021年3月，瑞萨Naka工厂曾发生过火灾，烧毁了11台机器，占该工厂生产设备的2%。 ▲图1.瑞萨的工厂分布 又是地震又是火灾，确实不太走运 Part 1、日本半导体产业和汽车部分 世界半导体贸易统

  产业 /

  编者按：全球半导体产业陷入了低估，一些公司开始破产、倒闭，巨头英特尔也受到了影响。在这种情况下，全球半导体产业将走向何方？摩尔定律是否依然奏效？近日，国外媒体Mercury News专访了摩尔定律的提出者、英特尔公司创始人戈登•摩尔。以下为专访文章摘要。 戈登•摩尔谈芯片行业前景 作为仙童半导体和英特尔公司的创始人之一，同时也是英特尔前首席执行官兼董事长，戈登•摩尔在过去的半个多世纪亲眼见证了计算机芯片行业的演进史。 他在预测技术发展的新趋势方面的眼光也相当敏锐，他所提出的“摩尔定律”为他赢得了世界性的声誉。1965年，摩尔定律首次问世，它预测每一个计算机芯片上的晶体管数量将以每年翻一番的速度增长——后来摩尔

  技术 /

  1 引言 在80年代中期，为满足不同自动化领域的应用需求，出现了拥有不同技术特点的现场总线。每一种现场总线都有自己的应用领域，并且都力图拓展其应用领域，以扩张其技术垄断范围。但每种现场总线都以一个或几个大型跨国公司为背景，公司的利益与总线的发展息息相关。这一些企业竞争的结果是多种总线协调共存。据不完全统计,目前国际上有200多种现场总线,而其中占据市场主流的现场总线有十几种 。现场总线的多样性，为总线设备用户更好的提供了更多产品选择的同时，也为总线用户带了总线设备间兼容性问题。工厂在扩建，改建等过程中非常有可能会选用与原先现场设备总线标准不同的产品，这些设备由于使用不相同的现场总线，彼此间不能实现数据共享，于是就降低了设备间功能互补的

  上的实现方法 /

  苹果本周开始在美国、加拿大和部分其他几个国家地区首次销售经过认证的10.2英寸iPad机型（蜂窝版）翻新机。与全新机型相比，价格折扣约为15%。128GB版10.2英寸iPad翻新机售价469美元（约3245元）。 苹果表示，经过认证的翻新iPad机型都经过了彻底的检查、测试、清洁，并重新包装在全新的白色盒子里，包括所有配件和文件。每台翻新 iPad 都会有新电池和新外壳，使它们与全新的 iPad 基本上没有区别。 IT之家获悉，翻新后的 iPad 享有 Apple 标准的一年保修服务。若使用10.2英寸iPad的AppleCare+，这一覆盖范围能延续到两年，在美国一次性收费69美元或每月3.49美元，需支付

  据台湾地区经济日报报道，美国政府宣布将飞腾等七家大陆公司和实体列入美国出口管制黑名单。美国更新“实体清单”后，台积电第一时间启动盘点机制，清点出飞腾等公司通过IC设计企业下单的产能，全面停止有疑虑客户的订单，以符合法规、系统接轨国际的方向，持续动态应对美方出口管制更新措施，停止承接遭新列入实体清单制裁对象的订单。台积电重申，台积电会遵循“所有法律规范”，一定会按照“出口管制”规则执行。 供应链透露，台积电内部盘点后，清点出飞腾等间接通过IC设计公司下单部分，一年投片量低于1万片。多个方面数据显示，依据去年台积电总出货1239.8万片约当12英寸晶圆比重换算，飞腾间接影响估计仅约0.08%，同时估计其他调整影响合计不到3%。 另据供

  据日经新闻报道，东芝将斥资约1000亿日元（合8.73亿美元）在日本建造功率半导体新产线月开始投产。 东芝的目标是满足对用于汽车、服务器和工业设施的电源芯片一直增长的需求，所有生产设备将与300mm晶圆兼容，将在Kaga Toshiba Electronics增设1条300mm生产线，这将使东芝功率芯片的产量翻倍。

  我国外交部长秦刚日前会见了到访的日本外相林芳正，在交谈中秦刚指出，美曾用霸凌手段残酷打压日本半导体产业，如今对华故伎重施。己所不欲，勿施于人。日本切肤之痛犹在，不应为虎作伥。 “封锁只会促进激发中国自立自强的决心。”秦刚强调。 日本宣布限制23种半导体制造设备出口 日本政府周五（3月31日）宣布将限制23种半导体制造设备的出口。尽管日本宣称并未针对任何国家，但此举仍普遍被视为是在配合美国，通过出口管制措施以遏制中国制造先进芯片的能力。 日本经济产业大臣西村康稔周五在新闻发布会上表示，7月开始将对六大类23种芯片制造设备的出口加以限制，涉及芯片的清洁、沉积、光刻、蚀刻等。他说，可能受影响的日本企业包

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