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北方华创:国产半导体设备的追梦者

3月21日,SEMICON China 邀请北京北方华创微电子装备有限公司总裁丁培军博士做了关于《做努力奔跑的国产半导体装备追梦者》演讲,丁总对半导体设备竞争格局及北方华创产品线做了详细论述,本次演讲提及Cubs PVD进展,表明公司客户开拓持续顺利。

以下为全文纪要(听录,仅供参考,具体以公司新闻稿为准):

今天的演讲主要分为四个部分:

1. 中国半导体产业驶入快车道;

2. 装备是半导体产业的基石;

3.努力奔跑中的北方华创;

4.做半导体产业战略合作者

1、中国半导体产业驶入快车道

正如80-90年代PC和随后的mobile作为半导体产业的第一代,第二代driving force,目前新兴的emerging markets成为了半导体产业的第三代driving force,包括IOT、大数据、云计算、自动电子、机器人和VR/AR等新应用正驱动着第三波半导体产业快速增长。

中国具有全球最大的半导体产品消费市场,随着如5G、IOT等新兴emerging markets应用的出现,中国市场正不断扩大。

 

2、装备是半导体产业的基石

半导体设备是半导体产业的基础。根据半导体设备在整个IC产业的坐标:纵向来看,遵循摩尔定律继续往下;横向来看,更多的application和技术相结合,整合成为趋势。半导体设备是半导体产业的基础,没有半导体设备就很难支撑新的应用。

 

中国大陆正处于IC设备产业的一个黄金时期。全球IC设备市场快速增长,且中国占比正不断提高,此外中国目前已成为全球第二大半导体设备资本支出市场,仅次于韩国,预测至2020年将进一步缩小和韩国之间的差距,甚至超越韩国。总而言之,从设备市场和资本支来看,中国大陆正处于IC设备产业的一个黄金时期。

 

3、努力奔跑中的北方华创

IC芯片的工艺制造涉及到很多步骤,包括清洗(wet),刻蚀(etch),化学气相淀积(CVD),离子注入(implant),光刻(旋涂coating、曝光exposure、显影developing),扩散(diffusion),化学机械抛光(CMP),物理汽相淀积等(PVD)。针对各个工艺流程,公司在:(1)Etch;(2)Thin film;(3)Wet;(4)Diffusion四个module具有对应的硬件和工艺解决方案,帮助客户提高产品性能。

 

【Etch solution】

从Etch而言,分为logic和memory,但应用层面都比较相似。对于gate相关的刻蚀公司具有dry clean,STI等工艺;相同的刻蚀工艺也可以用于DRAM和3D NAND。

 

下面是公司做的一些STI刻蚀的产品,包括Logic、Nor Flash和CIS等;此外还有一些Poly 刻蚀的结果,所有结果都能满足客户的需求。

 

公司在HM和Al Pad etch也表现优越。TiN的HM Etch。一般28nm以下,都是PVD沉积TiN做硬掩模来做刻蚀。对于TiN的HM Etch要求非常高。公司的这款刻蚀机不管从14nm到28nm的opening都能满足要求,baseline都完全匹配。此外公司在铝线刻蚀和铝Pad刻形貌上也都能满足客户的需要。另外公司的刻蚀机,还可以刻蚀其他的一些材料,如ITO等材料,其中ITO在显示领域越来越重要。

 

公司的刻蚀设备在IGBT和Si Super Junction/MOSFET功率器件中也有应用。IGBT,也就是现在大家都在推崇的沟槽栅的刻蚀。IGBT刻蚀有很多刻蚀细节的要求。一个是底部形貌问题:一种是平的,一种是U形的,还有一种是V形的,这个形貌非常重要。另外对Top Corner也是要求非常严格,因为Top Corner对Breakdown Voltage影响非常大。总的来说,不管是Top Corner还是Bottom Profile,公司的产品都达到了很高水平。另外,刻蚀除了对形貌的要求,还有一些电性的要求,公司也做到了很高水平。公司的刻蚀设备还可以用于Silicon base的Super Junction。总之,公司刻蚀设备具有好的剖面和损伤控制,高的ER和好的均匀性。

 

公司刻蚀设备还可以用于做sensor的MEMS相关器件。在这方面,公司各种形貌都可以达到高刻蚀水平。公司的工艺能力和设备的灵活性非常好,可以刻蚀各种客户需要的形貌来满足sensor的需要。

 

除了plasma相关的刻蚀,公司在dry etch(chemical-based)clean中也体现强项。(1)contact clean,aspect ratio约为13:1,底部的cleaning efficiency非常好,高达97%,F residue比竞争对手小一个量级,而且使用公司的contact clean技术接触电阻比常规的技术小将近5倍,因此在deep contact clean方面应用很好。(2)oxide recess,公司在oxide recess工艺中剖面是可控可选择的,可以是bowl profile,也可以是zero roofing profile。

 

公司在Epi SEG preclean中表现出low-reoxidation特性,在Dual Gate oxide preclean中采用low temperature工艺,对光刻胶没有损害。同时在STI oxide recess和Silicide/CT Dep preclean中展现的可调的剖面和可选择性都非常好。

 

【Thin film solution】

Thin film也可以分为logic和memory,公司的薄膜淀积工艺在Logic、DRAM和3D NAND都是适用的。第一部分是contact area,公司具有constant process。公司研发了十个腔室的平台。这个平台是至今在金属化的平台里最大的一个平台,后面有两个真空机,前面有一个大机械手,这样同时可以装十个腔室,而且都处于高真空下。这个平台及工艺满足了现有需求,客户非常认可。左面图是IC和3D封装的工艺结果。不管是IC和3D封装,公司做铜互连的工艺非常得到客户认可。右面图是做铝的工艺结果。公司设备在Hot Al、TTN、TaN工艺方面表现出色,具有稳定出色的工艺。二是公司在解决whisker和sticking问题上有一套整体的解决方案,提升客户的产量。

 

二是在IC和memory中非常重要的Hardmask  PVD。公司不同类型的产品可以将厚度和Rs的均一性同时做得非常出色,同时保证low stress和particle。

 

公司平台可以同时挂载3个ALD腔室和3个CVD腔室,而且配置灵活可调,采用公司平台制备的器件最优归一化resistivity比工业界典型值要低,这对于memory器件的speed帮助很大。此外,公司进一步降低了fluorine工艺,采用公司特殊的PVD实现了wide gap fill window和good process stability(WTW<2%)。

公司的PVD工艺在IGBT Hot Al和Silicon外延方面也得到了客户的认可。公司在IGBT中的薄膜处理工艺能力优异,而且对NiV film stress可以保证低于30MPa仍不发生翘曲。在Silicon外延中可以保证优异的厚度和Rs均一性,并且公司工艺在大规模生产中保持稳定。

【Wet Solution】

logic从底部到顶部每一步工艺都涉及Wet clean工艺,此外DRAM和3D NAND也都会应用wet clean工艺。

公司具有Single wafer cleaning和Bench tool。首先是single wafer cleaning,可适用于RCA、pre/post film clean、 post CMP final clean、BEOL-post etch clean和Scrubber等。

 

下图是post etch和polymer removal after TSV etch清洗及其表现。另外则是bench tool,同样可适用于RCA、PDC/oxide etch、PR strip、Nitride etch、solvent strip和Wafer reclaim等。公司的wet bench tool可以实现非常高效的particle removal,如下图所示。

总的来说,公司的wet tool都能够满足各种技术节点的需要,在各种clean应用中都做的非常出色。

【Diffusion Solution】

Diffusion在薄膜制程中的front-end应用更多,当然back-end也有应用,这一模块对于logic和memory应用也都是类似的。

 

公司的LPCVD产品可以生长各种film,包括α-Si/Poly、Pad-SiN、Spacer-SiN、HTO等,公司LPCVD工艺具有高可靠性,同时也展现出优异的工艺结果。

 

此外就是Oxidation,也就是生长各种氧化物薄膜,包括Pad-OX、Linear-OX、SAC-OX、Gate-OX等,公司产品具有高可靠性,平均uptime超过95%,此外公司工艺性能也具有强劲的竞争力。

Alloy是一种低温工艺,目前公司也有应用,但低温合金在实际中温度并不好控制,而公司低温工艺覆盖范围达到100到600℃,同时具备高可靠性。

 

此外,公司还具有Single wafer anneal工艺,即在post-etch等工艺后需要对wafer进行退火处理,去除表面粘污污染,公司工艺具有优异的wafer内和wafer间温度均一性,高效的温度控制,优异的颗粒性能,而且易于保持。同时公司工艺具有高生产能力和更低的CoO及CoC。

 

4、做半导体产业战略合作者

第一个例子是公司团队在进行PVD氮化铝研发时,基于paper中氮化铝的研究,与客户一起讨论决定开发产品,技术路线为高温路线(沉积温度为600-900度)。目前公司氮化铝产品销量和口碑都非常好,市场占有率在90%以上,公司该工艺将客户产品的生长时间从8小时缩短到5小时,大大降低了客户成本和效益并且显著提高了LED性能。另外一个例子是我们从客户提出做  Single Wafer Anneal 的系统到投入应用仅花费6个月的时间,最后测试结果 productivity增加了38%,也成为benchmark tool。

 

总之,北方华创能够为客户提供更先进的技术、更高效的成本、更快速的技术研发支持以及更全面到位的的服务,广受客户认可。

· 2019-03-27 10:29  本新闻来源自:半导体行业观察,版权归原创方所有

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