繼聯(lián)電在2017年進(jìn)行高階主管大改組,，并宣布未來經(jīng)營(yíng)策略將著重在成熟制程之后,，格芯也在新執(zhí)行長(zhǎng)Tom Caulfield就任半年多后,，于日前宣布無限期暫緩7nm制程研發(fā)，并將資源轉(zhuǎn)而投入在相對(duì)成熟的制程服務(wù)上。
引入EUV工藝是半導(dǎo)體7nm工藝的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)
眾所周知，目前半導(dǎo)體領(lǐng)域,，7nm工藝是一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。而7nm工藝是半導(dǎo)體制造工藝引入EUV技術(shù)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折,，這是摩爾定律可以延續(xù)到5nm以下的關(guān)鍵,，引入EUV工藝可以大幅提升性能，縮減曝光步驟,、光罩?jǐn)?shù)量等制造過程,，節(jié)省時(shí)間和成本。
不過引入EUV技術(shù)并不容易,，其需要投入大量資金購買昂貴的EUV設(shè)備,，同時(shí)需要進(jìn)行大量的工藝驗(yàn)證以確保在生產(chǎn)過程中獲得較佳的良率，才能以經(jīng)濟(jì)的成本適用于生產(chǎn)芯片,。
半導(dǎo)體制程微縮廠商：臺(tái)積電,、三星電子、英特爾
聯(lián)電與格芯先后退出先進(jìn)制程軍備競(jìng)賽,，加上英特爾的10nm制程處理器量產(chǎn)出貨時(shí)程再度遞延到2019年底,，均顯示先進(jìn)制程的技術(shù)進(jìn)展已面臨瓶頸。展望未來,，還有能力持續(xù)推動(dòng)半導(dǎo)體制程微縮的業(yè)者，或只剩下臺(tái)積電,、三星電子跟英特爾三家公司,。
從進(jìn)度上看,，臺(tái)積電公布的7nm芯片已有50多款在流片，可算是遙遙領(lǐng)先,。英特爾則仍苦苦掙扎于10nm,。而三星近年來逐漸將代工業(yè)務(wù)視為發(fā)展重點(diǎn)，先后在美國(guó),、中國(guó),、日本等多地先后舉辦的三星代工論壇上還公布了其7nm以后的最新工藝路線圖，預(yù)計(jì)2018年推出7nm FinFET EUV工藝,，而8nm LPU工藝也會(huì)開始風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn),，2019年推出7nm的優(yōu)化版，即5／4nm FinFET EUV工藝,，同時(shí)面向RF射頻,、eMRAM等芯片的18nm FD－SoI工藝開始風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)，到2020年推出3nm EUV工藝,，同時(shí)晶體管架構(gòu)從FinFET轉(zhuǎn)向GAA,。三星目前已將GAA視為7nm節(jié)點(diǎn)之后取代FinFET晶體管的新一代候選技術(shù)。
臺(tái)積電研發(fā)“保守”,，使三星反超
三星作為全球最大的存儲(chǔ)芯片生產(chǎn)企業(yè),，通過在存儲(chǔ)芯片上錘煉先進(jìn)工藝，在過去三年間,，三星就采用EUV技術(shù)處理了20萬片晶圓生產(chǎn)SRAM,。
去年五月，三星推出了首款使用EUV光刻解決方案的半導(dǎo)體工藝技術(shù)7nm LPP EUV,，預(yù)期可借此突破摩爾定律的擴(kuò)展障礙,，為單納米半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展鋪平道路。另外,，三星位于華城市的7nm廠預(yù)計(jì)最快明年量產(chǎn),，并計(jì)劃投入56億美元升級(jí)晶圓產(chǎn)能，其中三星在韓國(guó)華城的S3生產(chǎn)線上部署了由原本的10nm工藝改造而來的ASML NXE3400 EUV光刻機(jī),，這條生產(chǎn)線的EUV產(chǎn)能據(jù)稱已經(jīng)達(dá)到了大規(guī)模量產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn),。除此之外，三星還將新建一條EUV工藝專用的產(chǎn)線,，計(jì)劃在2019年底全面完成后,，2020年實(shí)現(xiàn)EUV量產(chǎn)。相較之下,，臺(tái)積電今年才宣布和聯(lián)發(fā)科合作試產(chǎn)7nm制程12核心芯片,，但根據(jù)臺(tái)積電10nm今年難產(chǎn)的現(xiàn)狀來看，臺(tái)積電的研發(fā)進(jìn)程顯得相當(dāng)落后了。
三星為何如此激進(jìn)采用EUV技術(shù)
日前,，三星,、高通宣布擴(kuò)大晶圓代工業(yè)務(wù)合作，該合作計(jì)劃將長(zhǎng)達(dá)十年,，三星將授權(quán)“EUV光刻工藝技術(shù)”給高通使用,，其中包括使用三星7nm LPP EUV工藝技術(shù)制造未來的驍龍5G移動(dòng)芯片組，預(yù)計(jì)高通下一代5G移動(dòng)芯片,，將采用三星7nm LPP EUV制程,，通過7nm LPP EUV工藝，驍龍5G芯片組可減少占位空間,，讓OEM廠有更多使用空間增加電池容量或做薄型化設(shè)計(jì),。除此之外，結(jié)合更先進(jìn)芯片設(shè)計(jì),，可明顯增進(jìn)電池續(xù)航力,。
三星如此堅(jiān)定地在其首個(gè)7nm就激進(jìn)地采用EUV技術(shù)，是三星綜合許多因素考慮的結(jié)果,，包括EUV設(shè)備是否準(zhǔn)備好,，成本、多重曝光復(fù)雜性,、保真度和間距縮放等,。對(duì)三星自家的7nm而言，（柵極）間距可以控制在單次曝光,，這使得整個(gè)光刻工藝流程減少了與曝光相關(guān)的大部分設(shè)計(jì)復(fù)雜性,，這也恰恰說明三星內(nèi)部開發(fā)的EUV光罩檢測(cè)工具，是三星的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì),。目前市場(chǎng)還沒有類似的商業(yè)工具被開發(fā)出來,，不僅如此，三星也在開發(fā)EUV微影光阻劑,，并有望在今年稍晚達(dá)到大規(guī)模量產(chǎn)要求的目標(biāo)良率,。
EUV技術(shù)的進(jìn)步對(duì)后續(xù)半導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)發(fā)展至關(guān)重要
EUV技術(shù)的進(jìn)展還是比較緩慢的，而且將消耗大量的資金,。盡管目前很少廠商將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中,，但是極紫外光刻技術(shù)卻一直是近些年來的研究熱點(diǎn)，所有廠商對(duì)這項(xiàng)技術(shù)也都充滿了期盼,，希望這項(xiàng)技術(shù)能有更大的進(jìn)步,，能夠早日投入大規(guī)模使用。
各家廠商都清楚,，半導(dǎo)體工藝向往下刻,，使用EUV技術(shù)是必須的,。在摩爾定律的規(guī)律下，以及在如今科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的信息時(shí)代,，新一代的光刻技術(shù)就應(yīng)該被選擇和研究,，因?yàn)镋UV與其他技術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢(shì)：
1,、EUV的分辨率至少能達(dá)到30nm以下,，且更容易收到各集成電路生產(chǎn)廠商的青睞。
2,、EUV是傳統(tǒng)光刻技術(shù)的拓展,，同時(shí)集成電路的設(shè)計(jì)人員也更喜歡選擇這種全面符合設(shè)計(jì)規(guī)則的光刻技術(shù)。
3,、EUV技術(shù)掩模的制造難度不高,，具有一定的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。
但是目前,，EUV光刻技術(shù)設(shè)備制造成本十分高昂,，包括掩模和工藝在內(nèi)的諸多方面花費(fèi)資金都很大。除此之外,，EUV光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造也極其復(fù)雜,，隨著制程的演進(jìn)、線寬的微縮,，伴隨而來的是巨大人力以及物力的投資,、制程材料與設(shè)備的開發(fā)，這些急劇增加的生產(chǎn)成本,，也代表EUV絕對(duì)會(huì)是推進(jìn)摩爾定律的重要因素之一,，但除了EUV本身設(shè)備的開發(fā)與挑戰(zhàn)，制程整合亦是另一巨大的挑戰(zhàn),。例如晶圓的清洗制程,，光罩的清洗與保存，甚至是后面的蝕刻或化學(xué)機(jī)械研磨等等,，都必須要與EUV一同開發(fā),。
半導(dǎo)體摩爾定律繼續(xù)地被推進(jìn)向前，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈也將會(huì)再一次的被帶動(dòng),，EUV技術(shù)帶來的科技成果也值得令人期待,。