國產(chǎn)芯片巨頭又被美國一劍封喉！半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上游石英應(yīng)用技術(shù)嚴(yán)重短板

　　據(jù)紐約時報報道，美司法部近日公布了對中國福建晉華集成電路有限公司、中國臺灣聯(lián)華電子半導(dǎo)體公司及三名臺灣人的指控。他們被控密謀從美國芯片制造商美光科技竊取技術(shù)。10月底，美司法部表示將禁止晉華購買美國零部件，因為這對美國國家安全構(gòu)成了威脅。

    10月30日，美國對福建晉華實施如同對中興相似的出口管制的第一天，美國三大半導(dǎo)體設(shè)備商 Applied Materials、Lam Research、Axcelis同時將駐廠人員全數(shù)撤出福建晉華的12寸廠，所有的機臺設(shè)備裝機、協(xié)助生產(chǎn)的動作全面停止，而已下單但未出貨的機臺設(shè)備則全數(shù)暫停出貨。與此同時，福建晉華的技術(shù)合作開發(fā)伙伴臺灣聯(lián)電在10月31日正式提出，將停止DRAM芯片開發(fā)項目。

     DRAM這類非常高端且國內(nèi)極為缺乏的芯片，全球有能力生產(chǎn)的供應(yīng)商僅有三星電子（Samsung Electronics）、SK 海力士（SK Hynix）、美光（Micron）三家。近幾年國內(nèi)逐漸開展DRAM 項目自主研發(fā)的企業(yè)有福建晉華和合肥長鑫。福建晉華原本希望在DRAM芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)芯片的突圍，其一期芯片工程總投資人民幣370億元，已在今年9月正式投產(chǎn)，預(yù)計投產(chǎn)后月產(chǎn)能將達(dá)到6萬片12英寸晶圓。

DRAM

　　據(jù)業(yè)內(nèi)專業(yè)人士講，半導(dǎo)體集成電路（IC）的生產(chǎn)工藝異常復(fù)雜，是人類目前生產(chǎn)的最復(fù)雜的產(chǎn)品，沒有之一。即使擁有最先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，我國短期內(nèi)也無法生產(chǎn)出高端的IC芯片，因為我們嚴(yán)重缺乏人才和核心技術(shù)，而這一切都需要長時間的積累。在由中國粉體網(wǎng)主辦的“2018第二屆石英精細(xì)加工及應(yīng)用技術(shù)交流會”即將召開之際，我們來了解一下石英在半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用情況。

在芯片基板中的應(yīng)用

　　芯片制造的基板是片狀的硅晶圓，這種圓片是用鉆石刀將單晶硅柱橫向切成的，而單晶硅柱是由高純度的多晶硅在融化之后，經(jīng)過拉晶的工藝形成的。高純度的多晶硅需要兩步的純化才能獲得，第一步是在石英原料中加入碳，以氧化還原的方式獲得98%以上純度的硅，進(jìn)一步采用西門子制程作純化，至此將獲得半導(dǎo)體制程所需的高純度多晶硅。高純度是石英應(yīng)用于芯片基板中的核心技術(shù)要求。

各種尺寸的晶圓

　　目前我國高端的高純石英產(chǎn)品仍需從國外高價進(jìn)口，以滿足電子信息等行業(yè)的生產(chǎn)需要；或直接進(jìn)口由高純石英制備的石英棒等，以滿足電子元器件生產(chǎn)的品質(zhì)需求。高純硅材料已成為制約我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而高純石英處在硅產(chǎn)業(yè)鏈的源頭，對相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)起到關(guān)鍵的制約作用。我國高純石英技術(shù)相對落后的原因，除了裝備技術(shù)、加工工藝及檢測水平較低之外，我國缺乏高純石英原料評價與選擇技術(shù)，對于高純石英原料選擇及其加工工藝還存在較大的盲目性，這是一個源頭性的重要原因。

在芯片封裝中的應(yīng)用

　　一顆IC芯片從設(shè)計到制造非常不易，然而由于芯片相當(dāng)小且薄，如果不在外施加保護(hù)，就很容易被刮傷損壞。此外，由于芯片的尺寸微小，如果不用一個較大尺寸的外殼，便不易以人工安置在電路板上。芯片的封裝因此顯得尤為重要。據(jù)統(tǒng)計，全世界95%以上的封裝材料為環(huán)氧塑封料，其在生產(chǎn)過程中需大量使用具有特殊性質(zhì)的石英粉（球形硅微粉）作填料。

芯片封裝圖

　　隨著微電子元件性能不斷提高，對封裝技術(shù)及封裝材料的要求越來越高，不僅要求其粒度符合封裝的特定范圍，而且還要求其純度高、放射性元素含量低，特別是對于顆粒形狀提出了球形化要求。球形硅微粉不但形狀好，而且化學(xué)純度高、放射性元素含量低，能滿足高端集成電路的各項技術(shù)要求，其應(yīng)用能極大地降低塑封料的熱膨脹系數(shù)、降低其介電常數(shù)、減少應(yīng)力等，已成為電子封裝不可或缺的關(guān)鍵材料。

　　國際上球形硅微粉生產(chǎn)技術(shù)主要為日本、美國、德國等少數(shù)幾個國家掌握，全球封裝材料市場大部分由日本、美國企業(yè)主導(dǎo)。日本是目前世界上對石英粉體球形化研究最早也是開發(fā)最成功的國家之一，其生產(chǎn)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，生產(chǎn)的高純球形硅微粉已被廣泛應(yīng)用到航天航空、超大屏幕電子顯像和大規(guī)模集成電路中，產(chǎn)品出口到世界各國，而其所使用的原料大多來自于中國大陸。

　　目前國產(chǎn)球形硅微粉無論是生產(chǎn)規(guī)模還是產(chǎn)品品質(zhì)，與國外相比，差距都較大，有待于技術(shù)升級和產(chǎn)品創(chuàng)新。為適應(yīng)高端集成電路對封裝材料的要求，結(jié)合我國目前生產(chǎn)技術(shù)水平及產(chǎn)品品質(zhì)，根據(jù)國際發(fā)展趨勢，我國應(yīng)加大對球形硅微粉的開發(fā)力度，引導(dǎo)向高純、超細(xì)、高球形化以及高分散性、高均勻性方向發(fā)展。

在芯片生產(chǎn)設(shè)備及流程中的應(yīng)用

　　集成電路芯片從生產(chǎn)到封裝,其整個生產(chǎn)過程都需要石英玻璃制品。從硅片生產(chǎn)設(shè)備上來說,多晶硅還原爐罩和單晶硅外延鐘罩均為高純度石英玻璃。從硅片生產(chǎn)流程上來說,由于石英玻璃極高的化學(xué)穩(wěn)定性,硅片的酸洗和超聲波清洗要用石英玻璃花籃和石英玻璃清洗缸。其它相關(guān)工藝要用到石英舟、石英支架等作為承載。作為半導(dǎo)體工業(yè)中必要的且用量特別大的石英玻璃制品,石英玻璃擴(kuò)散管的純度、尺寸、抗高溫變形性能及外觀質(zhì)量性能直接影響最終集成電路的質(zhì)量和成本。

　　然而，受制于我國石英原料的純度、原料的精細(xì)化加工、裝備技術(shù)及石英玻璃的制備工藝技術(shù),用于生產(chǎn)單晶硅的石英玻璃制品仍需大部分進(jìn)口。大尺寸的石英玻璃是國內(nèi)石英玻璃熔制的一大瓶頸，高效生產(chǎn)高品質(zhì)的石英玻璃尚需國內(nèi)進(jìn)一步加大投入研發(fā)。

小結(jié)

　　以上簡單回顧了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上游中石英原料及制品在IC芯片的器件、生產(chǎn)設(shè)備及流程中的應(yīng)用，其中，石英的高純、超細(xì)、球形化技術(shù)及其產(chǎn)品的穩(wěn)定性、無污染等都是非常嚴(yán)苛的要求，我們與國外先進(jìn)技術(shù)的差距是多方面的，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)才能使民族企業(yè)走出被動受壓制的局面，而實現(xiàn)此目標(biāo)任重道遠(yuǎn)。

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