你知道吗?一张只有指甲盖大小的芯片上,往往集成了几十亿个元件,精度要求达到了头发丝的千分之一甚至万分之一,涉及无数个前沿核心技术,这也是人类精密制造的极限之一。

这就是芯片。在高倍的电子扫描镜下,芯片被放大一万倍,你能看到它的结构就像是立交桥和高速公路,只是,这一条条金属线路只有几十个纳米。

 


一根头发丝的直径大约是 10 微米,一纳米相当于头发丝的万分之一,到底有多细,各位自己想像吧,反正肉眼是看不见啦。

 


15 年前,中国的芯片行业流传这样一句话,除了水和空气以外,其它全是从国外进口的。攻克芯片制造中一个个技术难点,这既是国家的重要战略,也是中国芯片产业链上所有人的梦想。

今天给大家讲三个人的故事,他们都有着相似的经历,海归、国家千人计划引进的人才,但最重要的是他们的背后,有着中国芯片产业不断崛起的先锋力量。


王淑敏的神秘液体
作为一名化学博士,在美国学习工作的十几年里,王淑敏的大部分时间都是穿着洁净服在实验室度过的。

 


这像牛奶一样的液体叫做化学机械抛光研磨液,这就是王淑敏他们研发的产品。

 


这是芯片制造的一道关键工序——研磨。芯片装入研磨头,研磨液流入研磨垫,通过化学和机械的作用,把芯片上不需要的物质快速去除掉。

芯片的研磨抛光,磨平的地方需要磨到极致,不能磨的却丝毫不能损伤,这个极致的标准是人类头发丝的几千分之一。

 

 


研磨液技术门槛高、研发周期长,投入大,目前全球只有六七家公司能够生产。


2007 年以前,研磨液这种材料全部依靠进口。而当时价格最高的研磨液,一桶才 200 升可价格高达 7000 美元,相当于当时石油价格的 60 倍。

 


王淑敏和她的团队已经努力了 13 年,终于研发出具有中国自主知识产权的研磨液,打破国外企业的垄断局面。

 


姚力军的特殊材料
这个类似饼状的金属材料,叫高纯度溅射靶材,它是半导体芯片制造中的关键材料。目前全球只有四家公司掌握这种材料的制造工艺。

 


作为全球范围内掌握高纯金属及溅射靶材关键技术的核心专家之一,11 年前,已经在日本工作的姚力军带着技术回到国内。当时,这个技术领域,中国还是空白。所有高纯金属靶材都需要进口。

 


这些金属靶材,最核心的是它的纯度。一般的金属能达到 99.8 的纯度,而制作芯片需要的金属纯度是 99.999。


金属靶材的金属原子被一层层溅射到芯片上,再利用特殊的工艺把它们切割成金属导线。芯片的信息传输全靠这些金属导线。

 

 


你知道吗?这种金属因为太纯了,指甲轻轻一划就会有划痕,任何细微的瑕疵都会导致这一块价值上万美元的靶材报废。
 

 



我们平时生活的一个立方米空气当中,0.25 微米大的灰尘颗粒物,一般有 20 万个左右。

在这个百级净化车间,每立方米空气中 0.25 微米大小的颗粒物必须少于 100 个。靶材就是在这样的空间里进行严格清洗和包装。

 

 

 

尹志尧的高端设备
在美国硅谷从事半导体行业 20 多年的尹志尧,在世界最大的百亿美元的半导体设备企业——美国应用材料公司担任总公司副总裁,曾被誉为“硅谷最有成就的华人之一”。

然而,13 年前,60 岁的尹志尧放弃了美国的百万年薪,回国创业,他要在芯片制造设备领域与国际巨头直接竞争,取得一席之地。

 

 


这里是世界上防尘等级最高的精密设备生产洁净室。

这些工程师们正在研发制造的是生产半导体芯片的设备—等离子体刻蚀刻蚀机。

 

 


等离子体刻蚀机是在芯片上进行微观雕刻,一台刻蚀机每年要刻百万万亿个又细又深的接触孔或者线条,每个线条和深孔的加工精度是头发丝直径的几千分之一到上万分之一。

 

 

 

在米粒上刻字的微雕技艺,一般能刻 200 个字已经是极限,而等离子刻蚀机在芯片上的加工工艺相当于米粒上能够刻 10 亿字的水平。这,是加工工艺的极限。

 


尹志尧的团队能研发生产 10 纳米到 7 纳米的设备已经与世界最前沿技术比肩。

这些团队精英中,上百人都是美国和世界一流的芯片和设备企业的技术骨干,大都有着 20 到 30 多年半导体设备研发制造的经验。而且这些工程师们必须有着物理、化学、机械、工程技术等 50 多种专业知识背景。

 


如果把制造芯片比作盖高楼,那么尹志尧的刻蚀机是在“地面上挖沟砌墙”,姚力军的靶材再将这些沟槽填满金属导线,而王淑敏的研磨液再对这些“建筑”做表面处理。芯片的制造涉及几百种工艺、上千种材料,我国芯片制造技术的突破还仅仅只是迈出了一小步。

 

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