又一座12英寸晶圆厂落地!中国“芯”还有多远?

编辑:中国女性网2020-09-15 09:09:39 关键字:技术,中芯国际,美好,一直在身边,张首晟,物理

8月17日,闻泰12英寸车规级功率半导体自动化晶圆制造中心项目宣布签约落户上海,预计达产后年产能36万片晶圆。该消息备受业界关注,国内将再添一座12英寸晶圆厂。而不久前,中芯国际拟在北京成立合资企业建设12英寸晶圆厂,投资超500亿人民币。

近年来,随着国家大力发展集成电路,国内12英寸晶圆厂已遍地开花,粤芯半导体、华虹无锡等12英寸生产线陆续建成投产。

尽管陆续有新建产线投产,我国目前的晶圆代工产能仍然非常紧缺,在政策与需求等因素驱动下,晶圆制造产业的发展能否实现质的飞跃?

实现芯片国产替代 晶圆制造是关键

晶圆制造是集成电路产业链的核心环节,关键材料十分重要。主要包括CMP材料、光刻胶、湿电子化学品、电子气体、光掩膜版、靶材等。简单的说,单晶硅圆片由普通硅砂拉制提炼,经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施制成单晶硅棒,单晶硅棒经过抛光、切片之后,就成为了晶圆。晶圆经多次光罩处理,制成具有多层线路与元件的IC晶圆,再交由后段的测试、切割、封装厂,以制成实体的集成电路成品,也就是芯片。

由于晶圆制造技术壁垒,目前我国国产化程度较低。欧美日韩的龙头企业占据主要市场份额。中国晶圆制造材料行业面临巨大市场机遇,技术与应用发展迫在眉睫。

为了加快实现国产替代的步伐,《国家集成电路产业发展推进纲要》提出明确要求:突破集成电路关键装备和材料,加快产业化进程,增强产业配套能力。可见,本土晶圆制造企业将迎来空前发展机遇。

目前,多个12英寸晶圆厂项目已经落地中国大陆。据SEMI的数据显示,2017-2020年间全球投产的半导体晶圆厂为62座,其中有26座设于中国大陆,占全球总数的42%。尽管多数项目仍然在建设中,或处于初期产能爬升阶段。在晶圆加工制程方面,中芯国际、华力微电子、武汉新芯、紫光集团以及国内三大存储基地长江存储、晋华集成、合肥长鑫正在奋力追赶,逐步进入国际先进制程,中国芯片自主制造已成进行时。

又一座12英寸晶圆厂落地!中国“芯”还有多远?

我国在不断加大晶圆厂的建设、提高产能的布局、努力追赶国际先进技术的同时,也在探索更多可替代晶圆材料的可能。如果能够从根本上解决材料成本问题和性能问题,那么实现弯道超车也不是完全不可能。

替代硅晶片 未来材料的多重可能

应对国内晶圆产业发展面临的瓶颈,推出新的架构是一大解决方案,但更“根本”的办法,或许是找到能够替代硅的新材料。

事实上,硅材料并非从一开始就是首选。此前,达摩院发布的“2020十大科技趋势”预测:新材料的全新物理机制,将实现全新的逻辑、存储及互联概念和器件,推动半导体产业的革新。例如,拓扑绝缘体、二维超导材料等,能够实现无损耗的电子输运和自旋输运,可以成为全新的高性能逻辑器件和互联器件的基础。

著名华裔科学家张首晟就在2016年宣称: 已经发现了新的拓朴绝缘体材料,并且该材料已经实验成功。如果这种新的拓朴绝缘体材料最终能够成功地应用到半导体和芯片产业中,将带来巨大的商机,也将造就一个新的硅谷时代。

另一种新材料是二维超导材料,石墨烯就是其代表之一。石墨烯又称为碳纳米材料。碳纳米管是由石墨烯片卷成的无缝、中空的管体,导电性能极好,而且管壁很薄。因此,碳纳米管芯片能比硅芯片更小、具有良好的导热性,另外碳的分布广泛,获取成本并不高。未来,石墨烯最为有望成为新的主流芯片材料,取代硅的地位。

目前,我国利用石墨烯已经研制出了石墨烯芯片,中科院研制的石墨烯单晶打破了瓶颈,将芯片的速度提升1000倍。该项技术为芯片制造向1纳米,甚至是皮米技术方向发展提供了可能。

如果未来碳纳米材料能够成为主流,那么中国是否有机会在这个节点上,实现弯道超车?石墨烯在芯片等众多领域确实大有潜力,但从发现潜力到产业化,中间需要的是脚踏实地的研究与实践的考验。

又一座12英寸晶圆厂落地!中国“芯”还有多远?

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