国产破冰芯制程！专家：2022年底实现14nm自主化，麒麟芯片有救了

据了解，14纳米及14纳米以上制程的半导体芯片可满足70%的市场需求。我国在2021年实现并初步完成了28纳米芯片的自主化生产。没过多久，业界便传来14纳米芯片将在2022年年底实现量产的消息。

我是柏柏说 科技 ，资深半导体 科技 爱好者。本期为大家带来的是：国产半导体将在2022年年底实现14纳米芯片的自主化量产。

老规矩，开门见山。2021年6月23日，环球网消息。中国电子信息产业发展研究院，电子信息研究所所长 温晓君 在接受采访时表示：“ 我国将在2022年底完成14纳米制程的攻坚，完成14纳米制程芯片的量产 ”。

在这里穿插一点：或许是意识到自己无法阻拦我国芯片制程的发展，ASML近期提高了自家中端光刻机的售价。讽刺的是，ASML刚对自家的中低端光刻机降价，紧接着又对自家的中端光刻机提价，其意图不言而喻。

值得一提的是：结合我国近些年来对半导体行业的大力扶持，国产半导体厂商在芯片代工、集成电路领域中的突破。早先业界人士预测， 28纳米将是国产芯片代工行业的制程新起点，28纳米与14纳米制程预计在2021年、2022年实现。

事实上，我国的确在2021年实现了28纳米制程的突破，如今业界有关于14纳米制程的预测，也得到了温晓君的确定。种种迹象表明，国产14纳米芯片真的要来了。我国破冰14纳米制程，将给国产半导体行业带来哪些改观呢？

首先我们要弄明白目前半导体市场的趋势。虽说比起7纳米、5纳米制程，14纳米制程比较落后。但在硅基半导体市场中， 14纳米、28纳米制程依旧是主流。 目前 14纳米及14纳米以上制程的半导体芯片，占据整个半导体市场的70%。 毕竟智能 汽车 、智能家居等中低端半导体制程芯片占据了大部分的芯片市场。

即便不谈14纳米制程的半导体芯片，单是我国在今年掌握的28纳米制程芯片便占据了近半的芯片市场，28纳米制程也被业界称为“黄金线”制程。

据了解，目前大多数的中低端5G芯片，其采用的工艺大多都是14纳米、12纳米。补充一点，12纳米与14纳米之间的差距并不大，类似于台积电的5纳米与4纳米之间的区别，只是在工艺上，晶体管排序上做出了优化。即12纳米是14纳米制程的改进版，其设备并未做出太大改变。

也就是说，华为的5G麒麟中低端处理器芯片，有望在明年实现量产。尽管不能解决华为在高端制程领域中的“芯”疾，至少可以在一定程度上缓解华为在中低端消费者领域中的压力。不只是华为代表的智能手机领域，在PC端市场中，以龙芯、飞腾为代表的PC端市场，也会因此受益。

例如龙芯采用自研指令集架构“loong Arch”制成的龙芯3A5000处理器芯片，14纳米制程足够满足国内大多数PC端厂商的需求。而且不同于手机处理器这种高精密芯片，PC端芯片对于制程的要求要缓和一些。也就是说,，由14纳米、12纳米代工制成的PC端芯片，可以满足大多数的日常工作需要。

温晓君介绍，目前我们在14纳米制程上已经攻克了大多数的难题，刻蚀机、薄膜沉积等关键技术设备都实现了从无到有的突破，并已投入供应链使用。此外，有关封装集成技术方面的突破，我国实现了全面量产。光刻胶、抛光剂等上百种材料也进入了批量销售。以上成果可以助力我国摆脱国外技术限制，实现国产集成电路的全产业链覆盖。

我国成功攻坚14纳米项目，有助于我们更好地对抗国外半导体行业的打压。虽说我们与国外先进半导体制程之间的距离比较大，但路是一步一步走的。目前我们的主要任务是确保自己在半导体领域中不会被主流技术落下。因为在确保市场营收的基础上进军高端技术行业，显然是更好地选择。

背景

目前，以硅为代表的传统半导体材料正在面临严峻挑战。通过原理创新、结构改善、工艺进步，科研人员很难再大幅度提升硅基半导体器件的总体性能。“后摩尔时代”已经悄然到来。作为有望取代硅基半导体材料的新一代半导材料，近年来二维半导体的研究进展迅猛。

石墨烯凭借机械强度高、导电导热性好、轻薄、柔性、透明等优势，一度被誉为“新材料之王”，也让二维材料成为了备受瞩目的热点。遗憾的是，石墨烯中独特的碳原子排列，虽然有利于电子轻松地高速流动，但也使之不适合作为半导体。石墨烯没有带隙，无法选择”打开“或者”关闭“电流，而这种二进制开关机制正是现代电子器件的基础。

不过除了石墨烯之外，越来越多的二维材料被人类发现并研究，其中也不乏可以作为半导体的二维材料，例如过渡金属硫族化合物、黑磷等。科学家们已经通过这些二维材料创造出诸多半导体器件，例如：

然而，在二硫化钼（MoS2）为代表的二维半导体器件的制造工艺中，采用电子束光刻技术，将金属电极纳米刻画到这种原子级二维材料的层上，目前会产生一些问题，导致“非欧姆接触”与“肖特基势垒”。

创新

近日，美国纽约大学工学院化学与生物分子工程系教授 Elisa Riedo 领导的团队，报告了原子级薄度处理器制造工艺中的一项重要突破。这一发现不仅将对纳米芯片制造工艺产生深远影响，而且也将鼓舞全世界各个实验室中 探索 将二维材料应用于更小更快的半导体的科学家们。

团队将他们的科研成果发表在最近一期的《自然电子学（Nature Electronics）》期刊上。

技术

他们演示的这种刻蚀技术，采用了加热至100摄氏度以上的探针，超越了在二硫化钼等二维半导体上制造金属电极的普遍方法。科学家们相信，这种过渡金属属于有望替代硅应用于原子级微型芯片的材料。团队开发的新制造方法，称为“热扫描探针刻蚀技术（t-SPL）”，相比于目前的电子束光刻技术（EBL）具有一系列优势。

价值

首先，热刻蚀技术显著提升了二维晶体管的质量，抵消了肖特基势垒。肖特基势垒阻碍了二维衬底与金属交界处的电子流动。其次，不同于EBL，热刻蚀技术使芯片制造者可轻松获取二维半导体图像，然后在期望的位置刻画电极。再次， t-SPL 制造系统有望显著减少初始投入以及运营成本：它们通过在一般环境条件下的运作大幅降低功耗，无需生成高能电子以及超高真空。最后，这种热加工方法很容易通过采用“并行”的热探针来扩展，从而应用于工业生产。

Riedo 表示，她希望 t-SPL 将许多加工过程带出稀缺的净室，带入个人实验室。在净室中，研究人员们必须为这些昂贵的设备争取时间；而在个人实验室中，他们将迅速地推进材料科研与芯片设计。3D打印机这个先例，就是一个很好的类比。有朝一日，这些低于10纳米分辨率的 t-SPL 工具，在普通环境条件下，依靠标准的120伏电源运行，将遍及像她的实验室一样的各个研究实验室。

参考资料

【1】https://engineering.nyu.edu/news/breakthrough-reported-fabricating-nanochips

【2】https://www.nature.com/articles/ncomms8702

【3】Xiaorui Zheng, Annalisa Calò, Edoardo Albisetti, Xiangyu Liu, Abdullah Sanad M. Alharbi, Ghidewon Arefe, Xiaochi Liu, Martin Spieser, Won Jong Yoo, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Carmela Aruta, Alberto Ciarrocchi, Andras Kis, Brian S. Lee, Michal Lipson, James Hone, Davood Shahrjerdi, Elisa Riedo. Patterning metal contacts on monolayer MoS2 with vanishing Schottky barriers using thermal nanolithography . Nature Electronics, 20192 (1): 17 DOI: 10.1038/s41928-018-0191-0

半导体工艺技术有很多，每种工艺都有其特定的优势和劣势，没有一种工艺能够满足所有的应用需求，因此，选择哪种工艺是根据应用的具体要求而定的。

常见的半导体工艺有：晶圆切割、晶圆研磨、光刻、掩膜、熔融清洗、热处理、化学镀、接极等。

其中，晶圆切割、光刻、掩膜、熔融清洗、热处理、化学镀、接极等是半导体八大工艺，这八种工艺是半导体制造过程中最重要的工艺，也是最常用的工艺。

每种工艺都有其优势和劣势，没有一种工艺能够满足所有的应用需求，因此，选择哪种工艺是根据应用的具体要求而定的，没有哪一种工艺是最好的。

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