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1吨铜杂质仅1克!中企造出99.9999%超高纯铜,外媒:遥遥领先了

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导读:1吨铜杂质仅1克!中企造出99.9999%超高纯铜,外媒:遥遥领先了

铜是我们生活中随处可见的金属,电线、五金器件随处可见它的身影。可很少有人知道,支撑先进芯片运转的核心材料之一,也是铜。国内企业实现6N级别超高纯铜量产,纯度达到99.9999%,一吨铜里面杂质总重量上限仅有1克,这项曾经被海外牢牢把控的芯片材料技术,如今实现国产突破,正式走进先进集成电路产业链。

行业里习惯用字母N代表金属纯度,N的数量越多,纯度越高。3N铜纯度99.9%,杂质含量1000ppm;4N为99.99%,杂质100ppm;5N达到99.999%;而6N超高纯铜,杂质被压缩到1ppm级别。从普通3N铜升级到6N,并不是小数点后简单增加几位数字,而是将杂质总量压低足足1000倍。



这家国产企业不仅将全元素杂质控制在1ppm以下,碱金属杂质低于0.01ppm,放射性杂质低于0.005ppm,还配备辉光放电质谱设备,做到ppb也就是十亿分之一级别的检测。相当于在堆满铜原料的巨大仓库中,精准找出几粒微尘般的杂质,对冶炼、环境、检测全链条都提出极致要求。生产容器、设备零部件、空气中的尘埃,都有可能带来污染,超高纯铜生产,考验的是一整套完整的超纯化工业体系,而非单一冶炼工艺。企业更进一步,还实现7N超高纯铜研发,99.99999%的纯度,一吨铜杂质控制在0.1克,又是一次全新的技术跨越。

同样是铜,家里电线使用的普通铜完全够用,为什么芯片制造却要对杂质锱铢必较?核心在于芯片内部的尺寸已经缩小到纳米级别。普通电线尺度大,微量杂质几乎不会影响使用效果。但先进芯片内部,遍布层层叠叠的金属互连线路,数以百亿计的晶体管,依靠铜互连网络互相连通,才能完成运算工作。如今先进制程芯片互连线路尺度已经进入纳米区间,材料里极其微小的杂质,都会被无限放大。



杂质带来的危害不只是轻微增加电阻。部分杂质会改变铜的电阻率,破坏晶粒结构,制造薄膜缺陷。芯片长期通电、处于高温环境时,杂质还会持续侵蚀器件,埋下故障隐患。晶圆制造还有极强的放大效应,一片晶圆上同时生成成千上万颗芯片,哪怕概率极低的材料瑕疵,经过海量器件放大之后,就会直接拉低芯片良率。制程越先进,芯片尺寸越小,对于超高纯铜的要求就越严苛。

很多人会有误区,3纳米芯片,不代表芯片内部铜线直径就是3纳米。超高纯铜进入芯片,依靠的是溅射靶材这一关键载体。6N超高纯铜加工成靶材之后,放置在PVD物理气相沉积设备真空腔体中,等离子粒子不断轰击靶材,把铜原子剥离出来,均匀沉积到晶圆表面,形成芯片内部铜种子层。后续再通过电镀填充、化学机械抛光,完成芯片内部数十层复杂互连结构的搭建。从铜矿到普通铜,再提纯为6N超高纯铜,加工成靶材,最终原子级转移到硅片之上,这就是超高纯铜赋能3纳米级别先进芯片的完整链路。



长久以来,6N、7N超高纯铜这类半导体关键材料,高度依赖海外供给,是国内半导体产业容易被忽视的技术短板。一块平平无奇的铜锭,背后却藏着高端芯片制造的底层门槛。超高纯铜的国产化落地,补齐了国内半导体原材料的一块短板。

芯片产业的突围,不只有光刻机这类万众瞩目的设备,像超高纯铜这样的基础材料同样至关重要。无数基础材料的一点点突破,才能共同搭建起完整自主的半导体产业底座。

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