据悉,采用台积电3nm工艺制程的苹果M3芯片,将于2023年下半年面世登场,广泛应用于旗下系列产品,也为台积电、三星的3nm芯片之争打起了第一枪。2022年三星先于台积电进行3nm技术开发,但量产过程中良品率远低于台积电40-60%之多,直接影响后续订单量。

根据台积电发布,7nm晶体管密度达0.97亿个/mm²,在3nm节点上,晶体管密度将达到每平方毫米2.5亿个,这相当于是 7nm 的 3.6 倍。在性能方面3nm依旧表现出色,较5nm性能提升7%,能耗比提升15%,较7nm而言优势更为明显。

伴随芯片制程迈入高阶,微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面成为市场主要需求,未来3nm甚至2nm将成为行业竞相追逐的新战场,芯片厂商最为关键性的指标依旧是量产的良品率。

实现良率赶超,离不开超纯工艺

芯片厂商为实现良率赶超,对整体制造要求十分苛刻,工序繁琐。即便每道工序良率在99.99%,经过500道工序叠加,最终的良品率也才能超过95%;同理,如果每道工序的良品率下降至99.98%,最终的总良品率跌降至90%。因此,制程中对工艺的挑战要求几乎“零缺陷”, 清洗步骤作为贯穿整个流程的关键环节,就成为保证芯片生产良品率主要因素。

据了解,以60nm制程为例,清洗工艺约有100个步骤,20nm-5nm等先进制程里清洗工艺约有200以上道步骤,随着工艺制程越高,需要的清洗工艺环节越多,清洗频率也越高;同时随着半导体工艺节点的缩小,整个清洗步骤次数约以15%的速度增加。

半导体工厂生产和清洗集成电路芯片及封装、液晶显示器、高精度电路板、光电器件等各种电子器件的时候,使用的水也并非自来水,普通水中的金属离子会影响硅片的阈值电压,细菌有机物易导致硅片短路漏电,溶解气体将干扰硅片的氧化覆膜,因此,需要用超纯水对芯片进行清洗。超纯水犹如芯片的血脉一般,纯净无暇,通过预处理、初级制备和抛光处理三个步骤,剔除其中细菌、病毒、含氯二噁英、矿物微量元素等杂质,获得仅含有氧和氢且电阻率达到18 MΩ*cm(25℃)的水。这样的超纯水几乎不导电,不会影响电子产品的性能,同时水中几乎不含金属离子,不会对复杂芯片表面造成划痕或者不可逆的影响。当集成电路的集成度越高,线宽越窄,对水质的要求也就越高。

由此可见,水质的好坏与芯片的良品率和合格率密切相关。“如超纯水质无法保证,或将造成厂商上亿的经济损失!”

超纯工艺稳定输出成就“芯”关键

2022年北京 IC WORLD大会中,高频科技总经理丘文涛曾表达:“超纯水系统除了了解工艺,懂得如何生产满足工艺指标要求的超纯水外,保持系统的稳定同样对于芯片制造至关重要,这不仅与终端材料和规格的选择,系统管路设计的优化相关,同时与超纯水装置的控制系统有关,这方面高频科技同样有自己的心得和特色。”

纵观高频科技发展二十余年,聚焦半导体高端制造业,为行业客户提供领先的超纯水与循环再生解决方案及装备。目前,高频科技为确保长久、安全、可靠的输出超纯水工艺,稳定提升产品良率,研发多介质过滤、活性炭吸附、离子交换、反渗透膜、紫外线杀菌、紫外线TOC去除、电渗析、超滤、钠滤、真空脱气塔、膜脱气等18+项专利处理环节,配合8次增压提升,预处理、初级制备和抛光处理三个步骤,在工艺技术方面不断突破,不断满足半导体企业对超纯水水质极高的要求。

· 预处理:MMF多介质过滤器 + ACF活性炭过滤器(常规处理方式)、MF微滤+UF超滤(新型处理方式)

· 初级制备:2B3T两床三塔 + RO反渗透膜 + MB混床(常规处理方式)、两级RO+EDI连续电解除盐(新型处理方式)

· 抛光系统:TOC UV紫外线降TOC + PMB抛光混床 + MDG 脱气膜装置 + UF终端超滤

与此同时,高频科技依托公司大批自有优秀半导体水系统专家的资深经验,创立了标准化运维专家模型,为半导体工厂量身定制一体化运维服务,满足客户全周期运维需求,帮助半导体企业稳定提升产品良率,凭借领先超纯水工艺技术及专业的水系统运维服务,为我国3nm技术工艺发展赋能助力。

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