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中芯打败台积电,获得华为海思14nm订单,今年还要量产7nm
送交者: wwwyu[☆★★★声望勋衔15★★★☆] 于 2020-01-15 0:08 已读 602 次 1 赞  

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近日,中国大陆芯片代工厂商中芯国际击败台积电,夺得华为旗下芯片企业海思半导体公司的14纳米FinFET工艺芯片代工订单。

此前,海思的14纳米订单主要交给台积电在南京的12寸晶圆厂生产线完成。该厂投资30亿美元,2018年底投入运营,规划月产能2万片。 6park.com

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可以说这预示着中国集成电路发展取得了大的进步,中芯目前拥有国内首条14纳米生产线,而在上海浦东的中芯南方厂是中国大陆芯片制造领域最先进的生产基地。按规划达产后,这里将建成两条月产能均为3.5万片的集成电路先进生产线,并助力未来5G、物联网、车用电子等新兴应用的发展。

中芯国际的14纳米工艺距离全球最先进的7纳米只落后两代。目前,中芯12纳米技术也已开始客户导入,下一代技术的研发也稳步开展。 6park.com

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中芯国际官方曾披露,12纳米的工艺比14纳米功耗降低20%、性能提升10%、错误率降低20%。在目前的FinFET工艺节点上,中芯国际需要攻坚的只有7nm技术了,如果顺利的话,中芯将在2020年实现小规模量产。虽然跟跟台积电、三星还是会落后一代,但是已经足够先进了。已经足够满足大部分芯片的自我生产,不用担心被卡脖子了。

中芯发展史

中芯的发展离不开三个人,创始人张汝京,上海芯片产业的奠基人、国家大飞机项目的启动者之一江上舟,梁孟松

1997年,张汝京申请从工作了20年的德州仪器提前退休,从美国回到中国台湾后,创立了当地第三家晶圆代工厂——世大半导体(下简称“世大”)。仅仅三年,世大的产能就已超过了当时行业老大台积电的三分之一,彼时台积电已经发展了13年。


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2000年,张汝京在上海创立集成电路芯片代工企业中芯国际,大约有300多名半导体工程师随其北上,其中不少是他在德州仪器和世大时的旧部。一时间,张汝京甚至带动了台湾半导体工程师前往大陆工作的潮流。

然而,2003年到2006年,台积电先后两次起诉中芯国际,理由直指张汝京的台湾团队,认为他们侵犯台积电的技术专利及窃取商业机密。2009年,美国法院判定中芯败诉。

在这个时候,已经患癌的江上舟接手中芯,江上舟1970年毕业于清华大学无线电系,1987年获瑞士苏黎世高等学院博士学位,他深知国家急需发展极大规模集成电路产业,所以毅然回国。


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张汝京能创立中芯也是当时任上海市经委常任副主任的江上舟积极协调、鼎力协助。除了中芯,制造出领先世界的蚀刻机的中微也是江上舟帮助成立的。

由于一直都处于投入期,加上专利官司不断,使得中芯国际年年亏损。以最近几年为例,2007年,中芯国际亏损1950万美元;2008年,中芯国际亏损4.4亿美元;2009年中芯国际年亏损额在8亿美元以上。

这个时候,张汝京又因为败诉离开中芯,江上舟执掌中芯可以说是力挽狂澜。2010年,中芯国际在连续5年亏损之后首次获得盈利。财报显示,2010年,中芯国际销售收入为15.548亿美元,增幅达45.3%,净利润1400万美元,首次实现全年盈利。要知道,此时江上舟才接掌中芯一年。


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江上舟还制定了一个雄心勃勃的五年发展计划:未来五年投资120亿美元,实现年销售额达到50亿美元的目标,国内fabless(无生产线的IC设计公司)达到50%的市场份额,继续扩大12英寸产能及追赶先进工艺制程,如45纳米及32纳米等技术。

然而早已身患癌症的江上舟却没有挺到计划实施的时刻,江上舟的去世,对中芯影响巨大,大批人才出走,可以说极度影响了中芯的发展。

2017年10月,中芯国际正式任命赵海军与梁孟松二人担任首席执行官兼执行董事,梁孟松的到来被媒体称为“中国半导体产业进入梁孟松时代”。


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梁孟松此前让台积电战胜IBM成为晶圆代工巨头,又帮助三星掌握了14纳米技术,是半导体行业的传奇。

而梁孟松在加入了中芯国际之后,仅仅用了300天的时间,中芯国际直接从28nm跨越到14nm,14nm芯片的良品率也从3%提高到了95%。在2019年完成量产,而12nm的工艺开发也取得突破。


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中芯国际目前遇到的挑战

如果中芯在2020年成功量产光刻机,这也意味着中芯需要在2020年搞定深紫外光刻机,因为如果要发展7nm以下工艺,就想要用到EUV光刻。

光学光刻是通过光的照射用投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形画在涂有光刻胶的硅片上,通过光的照射,光刻胶的成分发生化学反应,从而生成电路图。限制成品所能获得的最小尺寸与光刻系统能获得的分辨率直接相关,而减小照射光源的波长是提高分辨率的最有效途径。 6park.com

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最早的光刻机采用接触式光刻,即掩模贴在硅片上进行光刻,容易产生污染,且掩模寿命较短。此后的接近式光刻机对接触式光刻机进行了改良, 通过气垫在掩模和硅片间产生细小空隙,掩模与硅片不再直接接触,但受气垫影响,成像的精度不高。 6park.com

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根据所使用的光源的改进以及双工作台、沉浸式光刻等新型光刻技术的创新与发展,光刻机经历了 5 代产品的发展,每次光源的改进都显著提升了升光刻机的工艺制程水平,以及生产的效率和良率。其中第五代深紫外光刻机实现量产7nm以下芯片的关键。 6park.com

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因为第四代光刻机使用的是193nm波长的ArF。使用193nm ArF光源的干法光刻,其工艺节点可达45/40nm,进一步采用浸润式光刻、配合比较激进的可制造性设计(DfM)等技术后,可达28nm;而要进到更高端制程时,就必须采用辅助的多重曝光(Multiple Patterning,MP)。

对于使用浸润式光刻+多重图形曝光的193nm ArF光刻机可以将工艺缩小到10nm,甚至也可以勉强用于7nm,但是这已经是极限。

要想实现更先进的5nm、3nm工艺,则需要采用极紫外(EUV)光刻技术。因为,在传统的深紫外(DUV)光刻系统当中,随着光波长的变小,光会被用来聚光的玻璃透镜吸收,结果是光到达不了硅片,也就无法在晶圆上生成任何图案。而在EUV光刻技术中,玻璃透镜将被反射镜取代以用于聚光。


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5nm、3nm工艺都需要极紫外(EUV)光刻技术。传统的深紫外(DUV)光刻系统中,随着光波长的变小,光会被用来聚光的玻璃透镜吸收,结果光到达不了硅片,无法在晶圆上生成任何图案。而在EUV光刻技术中,玻璃透镜将被反射镜取代以用于聚光。

目前的EUV技术使用的是激光等离子源产生的约13.5nm的紫外波长,在真空环境下产生极紫外射线,然后光学聚焦形成光束。光束经由用于扫描图形的反射掩膜板反射,一次就能曝出想要的精细图形,没有超纯水和晶圆接触,在产品生产周期、OPC的复杂程度、工艺控制、良率等方面的优势明显。


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但是目前,美国终于说服荷兰,对ASML的出口许可证不予续期,这也意味着中芯国际无法获得2018年从ASML这里花费了1.2亿美元购买的深紫外光刻机。

中国的应对

如果想要获得光刻机,依靠中芯是不可能的,还需要国家的斡旋。这些年,国家可以说把发展集成电路作为了国家的核心战略。

2014年,国家集成电路产业投资基金成立,首期募集资金规模达1387亿元。基金二期募资于2019年完成,募资2000亿,也就是目前中国共募资3387亿,对设备制造、芯片设计和材料领域加大投资。

中国也立下了宏伟目标,明确提出在2020年之前,90-32nm设备国产化率达到50%,2025年之前,20-14nm设备国产化率达到30%,而国产芯片自给率要在2020年达到40%,2025年达到70%。


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早在2015年的时候,产业投资基金就以每股0.6593港元的认购价认购4,700,000,000股新股份。对中芯国际进行了大力扶持,中芯国际还和国家集成电路基金等投资成立半导体产业基金,来促进中国集成电路产业生态系统加速发展以及发掘开拓及集成产业资产的潜在商机。

简单来说,就是营造一个完整的半导体产业生态,自产自研,从而完全杜绝受到西方的芯片威胁。2020年是一个新的一年,也希望中芯国际可以取得更高的成就。


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