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2018-10-17 01:04 来源:新闻在线

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让芯片导线“瘦”一半!江丰电子这块“饼”攻克国家重大专项
发布时间:2018-10-17 10:35:57 新闻热线:62726789 , 62735052 | 返回首页 | 逛逛论坛

  经过八年研发、全产业链验证,由宁波江丰电子材料有限公司牵头的国家“02专项”子项目最近顺利通过国家验收。

  该子项目的名字有点长——“45-28纳米配线用超高纯系列溅射靶材开发与产业化”。具体来说,就是将芯片导线金属材料的纯度标准提高到99.999%以上,还能使生产出的芯片导线达到“45到28纳米”(注:1纳米略等于45个原子排列起来的长度)级别,比上一代芯片导线“瘦”了一半以上,进一步缩小了我国自主芯片与世界先进水平差距。

  “也许你们身边就有江丰的金属材料。”江丰电子总工程师王学泽笑着说。原来,江丰的靶材已经在台积电等企业的16-28纳米技术节点实现批量供货,而这些一流半导体企业的芯片直接用于iphoneX、奥迪、丰田等终端产品。

  智能芯片要求更细“心血管”

  在说江丰承担的国家重大专项之前,我们有必要先来简单了解一些有关芯片和溅射靶材的知识。

  中兴事件后,科技界一直在说缺“芯”之痛。所谓芯片,就是内含集成电路的硅片,它分为几十个大类,上千个小类。制造一块小小的芯片,涉及50多个学科、数千道工序,包括设计、制造和封装四大环节。

  其中有三个关键步骤:第一,提炼高纯度二氧化硅,做成比纸还薄的晶圆;第二,在晶圆上用激光刻出数十亿条金属导线,铺满几亿个二极管和三极管;第三,把每片晶圆切割封装好。

  而溅射靶材正是芯片金属导线的原材料,占到晶圆材料的3%左右。芯片对溅射靶材的要求非常之高,要求靶材纯度很高,一般在5N(99.999%)以上。

  成立于2005年的江丰电子,一直专注于高纯度溅射靶材的研发制造。其在“十一五”和“十二五“期间,连续承担“02专项”中的相关子项目及课题,研制超高纯金属材料。项目面向300毫米硅片的45-28纳米配线用超高纯系列溅射靶材开发与产业化技术需求,建成超高纯金属原料和溅射靶材生产线。

  这些技术参数普通人很难看懂,简单地来说,就是要让金属导线更细,从而让芯片在不改变大小或缩小尺寸的基础上,还要容纳更多的晶体管,算得更快。这对金属原材料的稳定性、纯度提出了更高要求。“超高纯金属溅射靶材的原子的排列方向会对芯片中的金属互联线的质量起决定性的影响。”王学泽说。

  “02专项”专家组负责人之一、中科院院士王曦预计,到2020年,我国集成电路制造装备工艺有望与国外发达国家站在同一水平线上,从而为我国在国际竞争中赢得更多话语权。

  自主创新生产最纯金属,一块“饼”几万美元

  在江丰电子的展示厅里,甬派记者见到了一块块表面锃亮的金属“大饼”,直径从20厘米到60厘米不等。

  “这些就是超高纯金属靶材,贵的一块几万美元。”王学泽指着其中一块“饼”说,在芯片的生产过程中,铝、铜、钛、钽等不同的靶材在一起交互作用,金属原子被一层一层通过高速荷能粒子轰击到芯片上,再利用特殊的工艺,把它们切割成纳米级的金属导线。芯片的信息传输就全靠这些金属导线,因此,没有金属靶材,就没有芯片。比如,苹果A10处理器,指甲盖大小的芯片上密布着上万米金属导线。

  金属纯度99.999%,是目前人类所能得到的最纯金属。正因为太纯,金属表面很软,只要指甲轻轻一划,溅射靶材就会有划痕,任何细微的瑕疵都会导致这块价值上万美元的靶材报废。

  在刚刚接手专项的时候,江丰电子创始人姚力军博士发现,一切远比现象得要难得多。

  当时,我国集成电路上下游产业几乎全部依赖进口,国际巨头更是对中国实行技术封锁。姚力军跑遍了中国的大江南北,也没能找到一家合格的超高纯金属原材料供应商。即使是有能力生产的跨国公司,也不愿意为江丰电子定制小批量材料,在他们看来,这都是不赚钱的“买卖”。

  没有供应商,那就自己着手研发。几年后,江丰电子投资的企业攻破低氧超高纯钛提炼、熔铸及分析检测等核心技术,打破了美国、日本等跨国企业对我国的封锁,使中国成为了世界上第三个能够生产低氧超高纯钛的国家。

  凭借自主研发的深厚“内功”,江丰电子将国外巨头的垄断悄悄撕开了一个口子,在国产装备比率超过99%的生产线上,生产出了芯片中的“心血管”。

  近日,评审专家认定项目已经完成合同书中约定的各项考核指标,一致同意项目及七个课题通过验收,给江丰电子打出了超90分的高分,并评价为“优秀”,要知道80分以上就可以通过结题验收。

  与国际巨头并肩赛跑,目标“史上最精细”

  由于溅射镀膜工艺起源于国外,所需要的溅射靶材产品性能要求高,长期以来全球溅射靶材研制和生产主要集中在美国、日本少数几家公司,产业集中度相当高。以霍尼韦尔(美国)、日矿金属(日本)、东曹(日本)等为代表的溅射靶材生产商占据全球绝大部分市场份额。

  不过,经过多年的科技攻关和产业化应用,目前国内以江丰电子为代表的高纯溅射靶材生产企业已经逐渐突破关键技术门槛,拥有部分产品的规模化生产能力。江丰的产品不仅能够部分实现进口替代,还出口到全球280多个半导体芯片制造工厂,包括台积电、联电、中芯国际等全球著名的半导体芯片巨头。

  王学泽表示,专项验收只是江丰电子研发路上的一个“逗号”。事实上,目前江丰电子已经远远跑在了国家重大专项的前头,与国际最高水平并肩。其中,16纳米级靶材已经在下游制造商中大批量出货。最新的产品10纳米等级的溅射靶材在进行验证评价。

  靶材英文叫作Target,意为目标。江丰的目标也十分明确:对标最先进。据透露,今年,江丰电子科研人员正聚力攻坚“10到7纳米”技术节点,靶材产品技术节点紧跟台积电、三星等国际巨头企业的最新技术需求,与世界知名的靶材生产企业并驾齐驱。

  “根据最新研究,芯片金属导线宽度在理论上最细能达到1纳米,也就是4个铜原子的宽度,是人类有史以来最精细的制造技术,对超高纯金属溅射靶材会有越来越高的要求,这也是我们不懈努力的目标。”王学泽说,在国家支持下,江丰电子还将继续通过产学研用合作,为“十三五”重大科技专项添砖加瓦,满足我国微电子产业的巨大需求。

  “芯片是电子信息产业的基础,事关国家安全,通过中兴事件让人们开始审视芯片自主的重要性。我们期待有更多甬企推动国产化芯片应用。”市科技局相关负责人说。

  新闻多一点

  “02专项”,全称为“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”,是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》确定的十六个重大专项之一,与载人航天、探月工程等国家战略性项目并列。

(来源:甬派 编辑:阮亚红)

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