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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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