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君子好学,自强不息!

自从关注半导体行业以来,这是我写的第四十四篇关于半导体行业的文章。

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最近两个月半导体板块都在被“美光调查”消息的驱动下热炒,如今尘埃落定,美光退出中国市场已成必然;紧接着M国就发话不允许三星、SK海力士填补美光退出后的中国市场。这不是难道是要奶中国的长江存储?异族才不会这么好心,人家是想要你无路可走。

存储芯片几乎存在于所有的电子产品中,像我们如今日益爆发增长的数据,就依赖存储芯片进行存储,因此存储也是半导体行业占比最大的品类,约占整个行业14~13的市场规模;2022年,全球存储芯片行业市场规模约1392亿美元,而中国的存储市场规模为741亿美元,这么大的国内市场规模,以国内企业现有实力的来说显然是无法满足全部需求的,如果没有三星和SK海力士的填充会严重影响国内的电子行业的健康发展

目前国内存储企业,受限于产能规模,以及技术能力,与国外企业还有相当的差距。目前国外存储芯片大厂探索出来的成熟模式是IDM(从设计到制造都是自己做)模式,而国内企业若想要照着这一模式发展,就会面临诸多问题。

这几年M国围追堵截阻止我们发展半导体,先进的生产设备根本不会卖给你。而就算是我们不自己生产,一旦我们设计出高端的芯片,人家也不准企业给我们代工。

比如最新的DRAM芯片的DDR5的生产制造就需要用到先进制程的光刻机,而先进制程的光刻机我们是拿不到的,我们就只能发展DDR4及以下的产品,这些都是人家正在淘汰的产品及慢慢放弃的市场。

但我们也并不是一无是处,在存储的另外一个大类Flash领域,我们还有国之重器——长江存储。

存储芯片从类型上划分可以分为DRAM(易失性存储)和非易失性存储(Flash),最先进DRAM芯片的制造用的核心设备需要用到光刻机,因此国内的合肥长鑫在得不到先进的光刻机的背景下,技术迭代就一直止步于DDR4芯片;

最先进的NAND Flash制造用的核心设备则是先进的刻蚀机,目前最高端的刻蚀机设备也被国外断供了。一开始人家不认为长江存储能够突破技术限制,也就没管它,但是没想到长江存储四年更新三代技术,并且在第三代技术的时候还实现了对国外先进技术的反超,技惊全球,国外慌忙选择断供,防止长江存储凭借先进技术一家独家,并甩开原有的巨头!

长江存储与中芯国际产业区别(长江存储 中科院微电子所)

长江存储的NAND Flash存储芯片之所以能够实现反超,采用的是tacking技术,技术原理就不讲了,简而改之这是三星、美光均在研究如何量产的最新技术,三星计划是2025年实现量产的,而长江存储牛就牛在提前两年实现了量产。

感兴趣的朋友可以百度“长江存储tacking技术”相信有很多精彩的解读。我在阅读资料的时候发现在生产制造最新的存储芯片时,对高深宽比刻蚀要求比较高,谁做得更精细,稳定性越好,谁的技术就越牛!因此长江若想继续迭代tacking技术,还需要先进刻蚀设备的配合。

刻蚀设备在没看这篇文章以前,也许很少有人能够意识到这种设备的价值,我简单的说:技术壁垒上是仅次于光刻机的重要设备,在总价值量上来说却是排第一的。 Gartner 统计,2022 年 全球刻蚀设备、薄膜沉积和光刻设备分别占晶圆制造设备价值量约 22%、22%和 17%。

刻蚀机的性能主要指标是看深宽比,目前国外领先的大厂泛林最先进的刻蚀机台能做到80~100:1的深宽比,TEL的其实也不差,但技术路线和泛林的不太一样,不过目前这两家都对长存断供了,所以长江存储能否继续保持领先只能寄希望于国内——中微公司。

(备注:NAND Flash分为存储单元和读取单元,其中存储单元已经发展到3D叠层,层数越高稳定性越难把握,主要依赖刻蚀设备;读取单元式越快越好,但是只能做到20+nm的制程的,不然就会影响稳定性)

60岁美国副总裁回国创业

2004 年在美国事业如日中天的尹志尧博士放弃美国百万年薪,带领 15 人小团队,不带一张图纸,仅凭经验和记忆就开始回国创业,成立中微公司,专注于半导体设备的研发。

尹志尧博士曾任职于应用材料、英特尔、泛林半导体等设备厂商,是国际等离子体刻蚀技术发展和产业化的重要推动者之一,工作期间他个人拥有86项美国专利和200多项各国专利。

1984年,尹志尧第一次去英特尔上班时,他惊讶地发现:公司从研究课题组长、经理,再到工程师,绝大部分都是华人。“没有想到, 华人对美国集成电路的发展,贡献如此之大!”可能尹志尧那时就萌生了回国创业的念头。

直到2004年,60岁的尹志尧发现随着改革开放,中国国内的经济快速发展,而做为人类工业史上的皇冠明珠半导体一定会成为中国的重要产业支柱,回国创业的时机成熟了。带着在国外工作了三十年多年的技术,以及国外先进半导体公司的现代管理经验回国创业,成为中微公司,并全员持股。

因为尹志尧在国外的工作经历让他发现,“英特尔、泛林、应用材料这三家能成为世界顶尖的半导体公司,一个关键原因是全员持股。”。他认为如果员工只有工资和奖金,那么竞争企业可以轻松用高薪挖走你的员工,让你曾经的员工成为你的竞争对手。

为长远考虑,中微公司全员持股,每一个级别股票差20%,工资差 10%,公司内部称之为 中微的特色社会主义集体所有制。

就这样,在尹志尧的带领下,公司全员齐心协力,仅用三年的时间,便研发出了第一代刻蚀机。经历十数年的迭代,现如今中微的刻蚀机已经能够满足了先进制程的生产要求在高端的逻辑芯片的5nm制程及存储芯片 3D NAND 的生产线上均有中微公司的刻蚀机。

这就能说中微公司?已经足够成为长江存储的后盾了吗??且往后看!

中微公司两大刻蚀设备的现状

刻蚀机最主要的两种分类CCP刻蚀设备,和ICP刻蚀设备。中微公司目前两种设备均有,只是CCP刻蚀设备更为擅长,从公司上市以来,中微公司的业绩一直保持着年化50%的营收及净利润增速,也得益于公司不断发展的产品水平。

公司 CCP 刻蚀设备产品不断完善、丰富产品的性能,继续保持竞争优势,Primo AD-RIE?、Primo SSC AD-RIE?、Primo HD-RIE?等产品已广泛应用于国内外一线客户的集成电路 加工制造生产线。公司持续丰富公司产品线,不断提升市场占有率,为客户提供全方位的刻蚀解决方案。

公司 2022 年共生产付运 475 个 CCP 刻蚀反应腔,同比增长 59.40%。在先进逻辑器件方 面,公司的双反应台刻蚀机不断完善设备性能,在国际最先进的 5 纳米芯片生产线及下一代更先进的生产线上均实现了多次批量销售。在存储器件方面,公司的刻蚀设备不仅在 3D NAND 的生产线被广泛应用,还成功的通过了多个动态存储器的工艺验证,并取得了重复订单。

公司在现有产品的基础上,分别针对逻辑器件的一体化大马士革刻蚀工艺和存储器件的刻蚀技术进行技术攻关,并取得良好进展。在 28 纳米及以下的逻辑器件生产工艺中,一体化大马士革刻蚀工艺,需要一次完成通孔和沟槽的刻蚀,是技术要求最高、市场占有率最大的刻蚀工艺之一 (如下图所示)。

公司针对该刻蚀工艺,开发了可调节电极间距的刻蚀机,在刻蚀过程 中,反应腔的极板间距可动态调节,以同时满足通孔和沟槽刻蚀的不同工艺要求。

在存储器件中,极高深宽比刻蚀是最为困难和关键的工艺,是在多种膜结构上,刻蚀出极高深宽比(40:1)的深孔/深槽。公司自主开发了极高深比刻蚀机,该设备用 400KHz 取代 2MHz 作为偏压射频源,以获得更高的离子入射能量和准直性,使得深孔及深槽刻蚀关键尺寸的大小符合规格。

目前长江存储在存储单元最倚重的设备这种,问题是目前国外人家能做到80~100:1;而中微还未能做出如此高精度的设备,从以往的历史推演,公司能够做到80:1还得等到25年甚至是26年,而三星董事长的规划是2025年退出232层tacking技术的存储,也说中微公司跑得快的话能够在2025年以前做出80~100:1的刻蚀设备,长江存储还是有望能够保持全球领先的优势。

除了CCP刻蚀设备外,另外的ICP 刻蚀设备同样是重要的?生产设备。

公司 ICP 刻蚀设备产品部门持续攻克技术难点,开展技术创新,在原有的单台机 ICP 刻蚀设备 Primo nanova?家族的 Nanov SE 的基础上,推出了用于高深宽比结构刻蚀的 NanovaVE 和用于高均匀性刻蚀的 Nanova UE 两种 ICP 设备,增强了刻蚀设备性能和工艺覆盖度,丰富 了 ICP 产品种类。

Nanova VE 设备配备了双偏压射频发生器和独有的晶圆边缘阻抗动态调节功能,在高深宽比 结构的刻蚀中,能有效地增加离子的能量,提高刻蚀形貌的垂直度,消除晶圆边缘的倾斜度,并 提高刻蚀速度和单位时间的产能。

Nanova UE 设备配备了多区域温控静电吸盘和多脉冲射频发生器。多区域静电吸盘可对晶圆 的局部温度进行微调,从而实现局部关键尺寸(Critical Dimension,CD)的调节,极大地提高晶 圆内 CD 的均匀性。脉冲射频发生器能形成脉冲波形,调节电子温度和方向,提高待刻蚀材料和 掩膜的刻蚀选择比。

上述 Nanova VE 和 Nanova UE 设备的推出,拓展了公司单台机 ICP 刻蚀设备 Primo nanova? 家族的适用工艺制程,在全面满足 55nm,40nm 和 28 纳米逻辑芯片制造中的 ICP 刻蚀工艺的基础上,拓展了在 DRAM、3D NAND 存储芯片和特色器件等芯片制造中的可刻蚀应用范围。

与此 公司在原有的双台机 ICP 刻蚀设备 Primo Twin-Star?的基础上,通过研发晶圆边缘保护功能和低频偏压系统,推出了 Twin-Star SE 产品。Twin-Star SE 的推出,不仅拓展了公司双台机 ICP 刻蚀设备在功率器件、Micro-LED、Meta Lens 等特色器件的刻蚀市场,也让客户在不同芯片种类 的各种刻蚀应用上有了高产出、高性价比的双台机 ICP 设备可供选择。

至此,公司 ICP 刻蚀设备 形成了完整的单台和双台刻蚀设备的布局,满足客户对高刻蚀性能、高产能和高性价比的不同侧重需求。

2022年年报显示,公司客户的技术发展需求,有序推进下一代 ICP 刻蚀产品的技术研发, 为推出下一代 ICP 刻蚀设备做技术储备,以满足新一代的逻辑芯片、DRAM 和 3D NAND 存储芯 片等芯片制造对 ICP 刻蚀需求?。

2022年年报显示,公司的 ICP 刻蚀设备在超过 20 个客户的逻辑、DRAM 和 3D NAND 等器件的生 产线上进行超过 100 多个 ICP 刻蚀工艺的量产,并持续扩展到更多刻蚀应用的验证。截止 2022 年底,Primo Nanova?系列产品在客户端安装腔体数已达到 297 台,不过与北方华创2000台的设备量还是有相当大的差距;

堂堂看法

?以下内容纯属个人公开信息胡吹,切莫相信,就当看个笑话。

目前看长江存储即使不能保持技术领先的优势,但是也不至于会落后,因为国内却的是设备,国外缺的是设计及生产技术。

因为国外的NAND Flash 巨头三星、美光、SK海力士的设计技术也是在2025年才能达到长江存储如今的设计及生产技术水准,而且到时候能否实现还两说;

国内的刻蚀设备,虽然相比日美大厂泛林、TEL还有一定的差距,但是在中微公司和北方华创多年的的努力积累下,差距并不大,也许在2025年就能满足长江存储的需求了。

中微公司若想做长江存储的后盾,从技术上来说虽有差距,但是底蕴不差,在现阶段来说在CCP刻蚀设备只差着一个代际,差距并未像大家想象中的那么大,而ICP刻蚀设备中微公司还是有相当的差距,而北方华创恰好的满足了这方面的需求。

所以若要真的说中微公司还差点什么,?差时间,且不多,努努力就够得着,中微加油,长存加油,中国半导体加油!

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