三星促使EUV制程技術(shù)走紅，遵循摩爾定律方向發(fā)展

　　繼聯(lián)電在2017年進(jìn)行高階主管大改組，并宣布未來(lái)經(jīng)營(yíng)策略將著(zhù)重在成熟制程之后，格芯也在新執行長(cháng)Tom Caulfield就任半年多后，于日前宣布無(wú)限期暫緩7nm制程研發(fā)，并將資源轉而投入在相對成熟的制程服務(wù)上。

　　引入EUV工藝是半導體7nm工藝的關(guān)鍵轉折點(diǎn)

　　眾所周知，目前半導體領(lǐng)域，7nm工藝是一個(gè)重要節點(diǎn)。而7nm工藝是半導體制造工藝引入EUV技術(shù)的關(guān)鍵轉折，這是摩爾定律可以延續到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、光罩數量等制造過(guò)程，節省時(shí)間和成本。

　　不過(guò)引入EUV技術(shù)并不容易，其需要投入大量資金購買(mǎi)昂貴的EUV設備，同時(shí)需要進(jìn)行大量的工藝驗證以確保在生產(chǎn)過(guò)程中獲得較佳的良率，才能以經(jīng)濟的成本適用于生產(chǎn)芯片。

　　半導體制程微縮廠(chǎng)商：臺積電、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(lái)，還有能力持續推動(dòng)半導體制程微縮的業(yè)者，或只剩下臺積電、三星電子跟英特爾三家公司。

　　從進(jìn)度上看，臺積電公布的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(lái)逐漸將代工業(yè)務(wù)視為發(fā)展重點(diǎn)，先后在美國、中國、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(xiàn)圖，預計2018年推出7nm FinFET EUV工藝，而8nm LPU工藝也會(huì )開(kāi)始風(fēng)險試產(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(kāi)始風(fēng)險試產(chǎn)，到2020年推出3nm EUV工藝，同時(shí)晶體管架構從FinFET轉向GAA。三星目前已將GAA視為7nm節點(diǎn)之后取代FinFET晶體管的新一代候選技術(shù)。

　　臺積電研發(fā)“保守”，使三星反超

　　三星作為全球最大的存儲芯片生產(chǎn)企業(yè)，通過(guò)在存儲芯片上錘煉先進(jìn)工藝，在過(guò)去三年間，三星就采用EUV技術(shù)處理了20萬(wàn)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體工藝技術(shù)7nm LPP EUV，預期可借此突破摩爾定律的擴展障礙，為單納米半導體技術(shù)的發(fā)展鋪平道路。另外，三星位于華城市的7nm廠(chǎng)預計最快明年量產(chǎn)，并計劃投入56億美元升級晶圓產(chǎn)能，其中三星在韓國華城的S3生產(chǎn)線(xiàn)上部署了由原本的10nm工藝改造而來(lái)的ASML NXE3400 EUV光刻機，這條生產(chǎn)線(xiàn)的EUV產(chǎn)能據稱(chēng)已經(jīng)達到了大規模量產(chǎn)的標準。除此之外，三星還將新建一條EUV工藝專(zhuān)用的產(chǎn)線(xiàn)，計劃在2019年底全面完成后，2020年實(shí)現EUV量產(chǎn)。相較之下，臺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，但根據臺積電10nm今年難產(chǎn)的現狀來(lái)看，臺積電的研發(fā)進(jìn)程顯得相當落后了。

　　三星為何如此激進(jìn)采用EUV技術(shù)

　　日前，三星、高通宣布擴大晶圓代工業(yè)務(wù)合作，該合作計劃將長(cháng)達十年，三星將授權“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(lái)的驍龍5G移動(dòng)芯片組，預計高通下一代5G移動(dòng)芯片，將采用三星7nm LPP EUV制程，通過(guò)7nm LPP EUV工藝，驍龍5G芯片組可減少占位空間，讓OEM廠(chǎng)有更多使用空間增加電池容量或做薄型化設計。除此之外，結合更先進(jìn)芯片設計，可明顯增進(jìn)電池續航力。

　　三星如此堅定地在其首個(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果，包括EUV設備是否準備好，成本、多重曝光復雜性、保真度和間距縮放等。對三星自家的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)的大部分設計復雜性，這也恰恰說(shuō)明三星內部開(kāi)發(fā)的EUV光罩檢測工具，是三星的一個(gè)重要優(yōu)勢。目前市場(chǎng)還沒(méi)有類(lèi)似的商業(yè)工具被開(kāi)發(fā)出來(lái)，不僅如此，三星也在開(kāi)發(fā)EUV微影光阻劑，并有望在今年稍晚達到大規模量產(chǎn)要求的目標良率。

　　EUV技術(shù)的進(jìn)步對后續半導體節點(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(chǎng)商將這項技術(shù)應用到生產(chǎn)中，但是極紫外光刻技術(shù)卻一直是近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)，所有廠(chǎng)商對這項技術(shù)也都充滿(mǎn)了期盼，希望這項技術(shù)能有更大的進(jìn)步，能夠早日投入大規模使用。

　　各家廠(chǎng)商都清楚，半導體工藝向往下刻，使用EUV技術(shù)是必須的。在摩爾定律的規律下，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)就應該被選擇和研究，因為EUV與其他技術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢：

　　1、EUV的分辨率至少能達到30nm以下，且更容易收到各集成電路生產(chǎn)廠(chǎng)商的青睞。

　　2、EUV是傳統光刻技術(shù)的拓展，同時(shí)集成電路的設計人員也更喜歡選擇這種全面符合設計規則的光刻技術(shù)。

　　3、EUV技術(shù)掩模的制造難度不高，具有一定的產(chǎn)量?jì)?yōu)勢。

　　但是目前，EUV光刻技術(shù)設備制造成本十分高昂，包括掩模和工藝在內的諸多方面花費資金都很大。除此之外，EUV光學(xué)系統的設計和制造也極其復雜，隨著(zhù)制程的演進(jìn)、線(xiàn)寬的微縮，伴隨而來(lái)的是巨大人力以及物力的投資、制程材料與設備的開(kāi)發(fā)，這些急劇增加的生產(chǎn)成本，也代表EUV絕對會(huì )是推進(jìn)摩爾定律的重要因素之一，但除了EUV本身設備的開(kāi)發(fā)與挑戰，制程整合亦是另一巨大的挑戰。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)機械研磨等等，都必須要與EUV一同開(kāi)發(fā)。

　　半導體摩爾定律繼續地被推進(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(lái)的科技成果也值得令人期待。