队友很重要
十、制造
28. 市场五千亿,国内缺口 500 亿
设计完成后,下一步就是制造,制造常被称为晶圆代工,是指经过一系列标准的半导体加工工艺,将设计得到的版图结构转移到裸露的晶圆上,以形成附加值较高的半导体芯片
根据 IC insights,2018 年全球晶圆代工行业市场规模 710 亿美金
手机相关占一半
28nm 以下占一半
中国市场规模 107 亿美元,占全球1/5
国内晶圆代工厂高端工艺产能不足,2017 年国内设计公司到外资晶圆代工厂代工规模达 481 亿元
29. 技术晶圆、芯片、封测
芯片制造是人类历史上最复杂的工艺,加工精度为头发丝的几千分之一,需要上千个步骤才能完成,其难度,堪比两弹一星
依产品种类不同,产品所需的加工道次约 400 至 600 道,加工时间 2-3 个月,可分为晶圆、芯片、封测三大部分,下面一一介绍
十一、晶圆
30. 技术定义
盖房要有地基,如果将芯片制造比拟成用乐高积木盖房子,藉由一层又一层的堆叠,完成自己期望的造型(也就是各式芯片),便需要一个平稳的基板,对芯片制造来说,这个基板就是衬底,也叫晶圆,是制造半导体器件的“地基”,通过在衬底上实施一系列的工艺流程,就可以得到相应的半导体产品
回想一下小时候在玩乐高积木时,积木的表面都会有一个一个小小圆型的凸出物,藉由这个构造,我们可将两块积木稳固的叠在一起,且不需使用胶水。芯片制造,也是以类似这样的方式,将后续添加的子和基板固定在一起。因此,我们需要寻找表面整齐的基板,以满足后续制造所需的条件,在固体材料中,有一种特殊的晶体结构──单晶(Monocrystalline)。它具有子一个接着一个紧密排列在一起的特性,可以形成一个平整的子表层。因此,采用单晶做成晶圆,便可以满足以上的需求
31. 技术提纯、生长、成型
衬底可以选择多种材料,其中最广泛使用的是硅,其它化合物材料请持续关注本公众号史晨星(shichenxing1)
硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤提纯、单晶硅生长、硅片成型
提纯
硅的主要评判指标是纯度,你想想,如果硅子之间有一堆杂质,那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。无论啥东西,纯度越高制造难度越大。用于太阳能发电的高纯硅要求99.9999%,这玩意儿全世界超过一半是中国产的,早被玩成了白菜价。芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(别数了,11个9) ,半导体硅片的制造难度远远大于光伏硅片
提纯分成两个阶段,第一步是冶金级纯化,加入碳,以氧化还的方式,将氧化硅转换成 98% 以上纯度的硅 第二步是三氯氢硅法(西门子法Siemens process),通过加热含碳的硅石来生成气态的二氧化硅(SiO2)再用纯度约98%的二氧化硅,通过压碎和化学反应生产含硅的三氯氢硅气体(SiHCl3)最后用改良西门子法,将三氯氢硅经过再一次的化学过程,用氢气还制备出纯度为99.999999999%的半导体级硅
生长
这种硅子纯度够了,但排列混乱,会影响电子运动,只能叫多晶硅
长晶技术路线主要分为直拉法(CZ),区熔法(FZ)。其中直拉法是目前市场的主流,可支持 12 寸硅片生产,而区熔法则相对简单,仅可支持 8 寸及以下尺寸硅片生产
将多晶硅融化,形成液态的硅,以单晶的硅种(seed)和液体表面接触,一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种,是因为硅子排列就和人排队一样,会需要排头让后来的人该如何正确的排列,硅种便是重要的排头,让后来的子知道该如何排队。最后,待离开液面的硅子凝固后,排列整齐的单晶硅柱便完成了
成型
硅晶棒再经过切段、滚磨、切片、倒角、抛光、激光刻后,成为集成电路工厂的基本料——硅晶圆片
32. 技术路线大尺寸化
伴随着半导体行业的发展,硅片的尺寸也逐步提升。每次硅片直径的提升,都会使得单片晶圆产出的芯片数量呈几何倍数增长,从而在生产过程中提供显著的规模经济效益
晶圆面积越大,在同一晶圆上可生产的集成电路IC越多,成本越低,硅片的发展趋势也是大尺寸化,目前 300mm硅片已成为业内主流,2017 年全球 12 寸出货面积约占硅片总体的66.1%
12 寸硅片的下一站是 18 寸(450mm)硅片,但由于 12 寸硅片可以满足当前的生产需求,且 18 寸硅片设备研发难度极大,由于面临资金和技术的双重压力,晶圆厂向450mm(18英寸)产线转移的速度放缓,根据国际预测,到 2020 年左右,450mm的硅片开发技术才有可能实现初步量产
33. 产业全球五大巨头
全球前五家供应商日本越化学、日本三菱住友 SUMCO、台湾环球晶圆、德国世创电子 Siltronic AG 和韩国 SK Siltron Inc.,占据半导体硅片市场 90% 以上份额
日本越化学
越化学能够制造出具有 11 个 9(99.999999999%)的纯度与均匀的结晶构造的单晶硅,表面的平坦度 1 微米以下
台湾环球晶圆
德国世创电子 Siltronic
2014 年 1 月,在新加坡运行了全球最大的 200mm 和 300mm 硅片厂,产能分别为 23 万片/月和 32.5 万片/月
34. 产业中国
我国 8 英寸硅片已经开始进入放量阶段,12 英寸产能不足,质量也有待提升
上海硅产业集团
上海硅产业集团旗下上海新昇、新傲科技、Okmetic 三家控股子公司,其中新傲科技、Okmetic 主要负责 200nm 及以下抛光片、外延片及 SOI 硅片, 上海新昇主要负责 300nm 抛光片及外延片,2019 年 11 月科创板过会,成为国内首家
上海新昇是目前唯一获得国家重大项目支持的硅片公司,承担了国家 02 专项核心工程之一的“40-28 纳米集成电路制造用 300 毫米硅片”项目,2016年10月成功拉出第一根12英寸单晶硅锭,2018年实现了12英寸硅片的规模化生产
十二、芯片
35. 技术定义
硅片切好之后,就要在晶圆上把成千上万的电路装起来的,干这活的就叫“晶圆厂”。各位拍脑袋想想,以目前人类的技术,怎样才能完成这种操作?
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芯片行业分析制造三大工艺,硅片五大巨头
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28. 市场五千亿,国内缺口 500 亿
设计完成后,下一步就是制造,制造常被称为晶圆代工,是指经过一系列标准的半导体加工工艺,将设计得到的版图结构转移到裸露的晶圆上,以形成附加值较高的半导体芯片
根据 IC insights,2018 年全球晶圆代工行业市场规模 710 亿美金
手机相关占一半
28nm 以下占一半
中国市场规模 107 亿美元,占全球1/5
国内晶圆代工厂高端工艺产能不足,2017 年国内设计公司到外资晶圆代工厂代工规模达 481 亿元
29. 技术晶圆、芯片、封测
芯片制造是人类历史上最复杂的工艺,加工精度为头发丝的几千分之一,需要上千个步骤才能完成,其难度,堪比两弹一星
依产品种类不同,产品所需的加工道次约 400 至 600 道,加工时间 2-3 个月,可分为晶圆、芯片、封测三大部分,下面一一介绍
十一、晶圆
30. 技术定义
盖房要有地基,如果将芯片制造比拟成用乐高积木盖房子,藉由一层又一层的堆叠,完成自己期望的造型(也就是各式芯片),便需要一个平稳的基板,对芯片制造来说,这个基板就是衬底,也叫晶圆,是制造半导体器件的“地基”,通过在衬底上实施一系列的工艺流程,就可以得到相应的半导体产品
回想一下小时候在玩乐高积木时,积木的表面都会有一个一个小小圆型的凸出物,藉由这个构造,我们可将两块积木稳固的叠在一起,且不需使用胶水。芯片制造,也是以类似这样的方式,将后续添加的子和基板固定在一起。因此,我们需要寻找表面整齐的基板,以满足后续制造所需的条件,在固体材料中,有一种特殊的晶体结构──单晶(Monocrystalline)。它具有子一个接着一个紧密排列在一起的特性,可以形成一个平整的子表层。因此,采用单晶做成晶圆,便可以满足以上的需求
31. 技术提纯、生长、成型
衬底可以选择多种材料,其中最广泛使用的是硅,其它化合物材料请持续关注本公众号史晨星(shichenxing1)
硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤提纯、单晶硅生长、硅片成型
提纯
硅的主要评判指标是纯度,你想想,如果硅子之间有一堆杂质,那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。无论啥东西,纯度越高制造难度越大。用于太阳能发电的高纯硅要求99.9999%,这玩意儿全世界超过一半是中国产的,早被玩成了白菜价。芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(别数了,11个9) ,半导体硅片的制造难度远远大于光伏硅片
提纯分成两个阶段,第一步是冶金级纯化,加入碳,以氧化还的方式,将氧化硅转换成 98% 以上纯度的硅 第二步是三氯氢硅法(西门子法Siemens process),通过加热含碳的硅石来生成气态的二氧化硅(SiO2)再用纯度约98%的二氧化硅,通过压碎和化学反应生产含硅的三氯氢硅气体(SiHCl3)最后用改良西门子法,将三氯氢硅经过再一次的化学过程,用氢气还制备出纯度为99.999999999%的半导体级硅
生长
这种硅子纯度够了,但排列混乱,会影响电子运动,只能叫多晶硅
长晶技术路线主要分为直拉法(CZ),区熔法(FZ)。其中直拉法是目前市场的主流,可支持 12 寸硅片生产,而区熔法则相对简单,仅可支持 8 寸及以下尺寸硅片生产
将多晶硅融化,形成液态的硅,以单晶的硅种(seed)和液体表面接触,一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种,是因为硅子排列就和人排队一样,会需要排头让后来的人该如何正确的排列,硅种便是重要的排头,让后来的子知道该如何排队。最后,待离开液面的硅子凝固后,排列整齐的单晶硅柱便完成了
成型
硅晶棒再经过切段、滚磨、切片、倒角、抛光、激光刻后,成为集成电路工厂的基本料——硅晶圆片
32. 技术路线大尺寸化
伴随着半导体行业的发展,硅片的尺寸也逐步提升。每次硅片直径的提升,都会使得单片晶圆产出的芯片数量呈几何倍数增长,从而在生产过程中提供显著的规模经济效益
晶圆面积越大,在同一晶圆上可生产的集成电路IC越多,成本越低,硅片的发展趋势也是大尺寸化,目前 300mm硅片已成为业内主流,2017 年全球 12 寸出货面积约占硅片总体的66.1%
12 寸硅片的下一站是 18 寸(450mm)硅片,但由于 12 寸硅片可以满足当前的生产需求,且 18 寸硅片设备研发难度极大,由于面临资金和技术的双重压力,晶圆厂向450mm(18英寸)产线转移的速度放缓,根据国际预测,到 2020 年左右,450mm的硅片开发技术才有可能实现初步量产
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越化学能够制造出具有 11 个 9(99.999999999%)的纯度与均匀的结晶构造的单晶硅,表面的平坦度 1 微米以下
台湾环球晶圆
德国世创电子 Siltronic
2014 年 1 月,在新加坡运行了全球最大的 200mm 和 300mm 硅片厂,产能分别为 23 万片/月和 32.5 万片/月
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上海新昇是目前唯一获得国家重大项目支持的硅片公司,承担了国家 02 专项核心工程之一的“40-28 纳米集成电路制造用 300 毫米硅片”项目,2016年10月成功拉出第一根12英寸单晶硅锭,2018年实现了12英寸硅片的规模化生产
十二、芯片
35. 技术定义
硅片切好之后,就要在晶圆上把成千上万的电路装起来的,干这活的就叫“晶圆厂”。各位拍脑袋想想,以目前人类的技术,怎样才能完成这种操作?
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全球防疫在行动,疫苗概念迎来大利好!疫苗接下来将是全球市场关注的焦!
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