華為四重曝光工藝專(zhuān)利公開(kāi)，國產(chǎn)5nm芯片有希望了？
國產(chǎn)芯片制造技術(shù)又迎來(lái)新突破？近日，國家知識產(chǎn)權局公布了華為技術(shù)有限公司的多項新專(zhuān)利，其中一項專(zhuān)利號為CN117751427A，該專(zhuān)利涉及到“自對準四重圖案化(Self Aligned Quadruple Patterning，簡(jiǎn)寫(xiě)為SAQP)半導體裝置的制作方法以及半導體裝置”，引起業(yè)界廣泛關(guān)注。
華為自對準四重圖案化半導體裝置制作方法以及半導體裝置專(zhuān)利（圖源：國家知識產(chǎn)權局）該專(zhuān)利被看作是多重曝光芯片制造工藝的又一重大突破，外媒紛紛猜測，通過(guò)這一技術(shù)，中國國產(chǎn)5nm芯片將得以實(shí)現。如此一來(lái)，中國先進(jìn)芯片的制造將能夠繞過(guò)美國的技術(shù)制裁，降低對ASML光刻機的依賴(lài)，實(shí)現技術(shù)自主。
彭博社報道稱(chēng)，華為測試用蠻力方法制造更先進(jìn)的芯片，該方法或許能使用舊工具制造5nm芯片
英特爾都沒(méi)搞定的四重曝光被華為拿下？根據國家知識產(chǎn)權局3月22日公布的信息，華為技術(shù)有限公司提交的這項自對準四重圖案化工藝，可以分為七個(gè)步驟：
1、在待刻蝕層的表面依次形成第一抗反射層、第一犧牲層、第二抗反射層和第一圖案化硬掩膜層；2、對第一圖案化硬掩膜層進(jìn)行光刻形成第二圖案化硬掩膜層；3、基于第二圖案化硬掩膜層為掩膜對第二抗反射層和第一犧牲層進(jìn)行刻蝕，形成第二圖案化犧牲層；4、去除第二圖案化硬掩膜層和第二抗反射層，并基于第二圖案化犧牲層形成第三圖案化硬掩膜層；5、對第三圖案化硬掩膜層進(jìn)行光刻形成第四圖案化硬掩膜層；6、基于第四圖案化硬掩膜層對第一抗反射層和待刻蝕層進(jìn)行刻蝕，形成圖案化的待刻蝕層。7、去除第四圖案化硬掩膜層和第一抗反射層。
華為公開(kāi)專(zhuān)利中所展示的SAQP技術(shù)步驟（來(lái)源：國家知識產(chǎn)權局）華為在專(zhuān)利中表示：“實(shí)施本申請實(shí)施例，可以提高電路圖案設計的自由度?！?/span>
簡(jiǎn)單地說(shuō)，多重曝光就是將芯片電路掩膜圖案的蝕刻分成多次完成，可以使用相對落后的技術(shù)和設備，達成和更先進(jìn)工藝類(lèi)似甚至更先進(jìn)的結果，比如用7nm設備造出5nm芯片。如此一來(lái)，我們就能夠在沒(méi)有ASML最先進(jìn)的極紫外光刻設備（EUV）的情況下，生產(chǎn)先進(jìn)芯片。
事實(shí)上，多重曝光并不是新概念，半導體巨頭們都曾做過(guò)嘗試，但它太過(guò)于復雜，需要執行的步驟更多，良品率和質(zhì)量都難以保障。
雙重曝光（左）和四重曝光（右）技術(shù)原理圖示舉例來(lái)說(shuō)，2016年，英特爾在探索10nm工藝的過(guò)程中，由于A(yíng)SML的EUV一直未能交付，便嘗試采用多重曝光技術(shù)，最后卻以失敗告終。因此，原計劃中的Cannon Lake處理器項目最終被迫取消。盡管第二代產(chǎn)品成功實(shí)現了量產(chǎn)，但其性能表現并未達到預期要求，頻率無(wú)法提升，甚至無(wú)法滿(mǎn)足桌面臺式機的使用需求。
另外，英特爾在推進(jìn)其18A 1.8nm工藝的過(guò)程中，由于新一代高NA光刻機尚未到位，公司不得不采用現有設備結合雙重曝光技術(shù)來(lái)實(shí)現工藝目標。
對于國內芯片行業(yè)來(lái)說(shuō)，由于近年來(lái)美國對先進(jìn)半導體制造設備的出口管制，國內企業(yè)不得不放棄對高端半導體制造設備的依賴(lài)（特別是ASML的EUV設備），另辟蹊徑，通過(guò)多重曝光技術(shù)來(lái)實(shí)現7nm、5nm制程。
根據國家知識產(chǎn)權局公布的信息，華為這項專(zhuān)利早在2021年9月就申請了，正是華為被美國宣布制裁后的幾個(gè)月?？梢?jiàn)，對于高端芯片制造華為早已有了技術(shù)儲備。如今，這項專(zhuān)利的公開(kāi)，或許意味著(zhù)這項技術(shù)已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)性突破。
多重曝光成本雖高但可解決燃眉之急此前，麒麟9000S芯片問(wèn)世，在國內引起了轟動(dòng)，也迎來(lái)國際上的關(guān)注。國外機構TechInsights對麒麟9000S進(jìn)行了電鏡掃描，計算出了其晶體管密度為98MTr/mm2，也就是0.98億個(gè)每平方毫米，該數據與臺積電、三星的7nm芯片大致一致，因此業(yè)界猜測華為是采用雙重曝光技術(shù)，實(shí)現了7nm芯片的制造。
此次華為公布的自對準四重圖案化(SAQP)技術(shù)，意味著(zhù)實(shí)現7nm量產(chǎn)后，其仍在快速推進(jìn)5nm技術(shù)的研發(fā)，努力突破技術(shù)瓶頸，降低對國外先進(jìn)制造設備的依賴(lài)，同時(shí)也為國產(chǎn)EUV爭取了更多時(shí)間。
有知情人士向《金融時(shí)報》透露，華為會(huì )將全新5nm制程技術(shù)，應用于下一代P70系列旗艦手機的處理器和數據中心芯片，在沒(méi)有外國的協(xié)助下成功生產(chǎn)5nm制程芯片，對于國產(chǎn)半導體行業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一項巨大成就。
不過(guò)，研究機構TechInsights的Dan Hutcheson等專(zhuān)家也指出，盡管華為在自對準四重圖案化技術(shù)上取得了顯著(zhù)進(jìn)展，但如果中國想要獲得超越5nm技術(shù)的長(cháng)期競爭力，僅僅依賴(lài)這項技術(shù)是不夠的。最終，中國仍需采購或自主研發(fā)EUV光刻機設備，以實(shí)現更先進(jìn)的芯片制造能力。
另外，從成本方面考慮的話(huà)，臺積電等制造商使用EUV，芯片產(chǎn)量更高，每個(gè)芯片的成本得到最小化，而華為如果采用多重曝光的方法，每顆芯片的成本可能會(huì )高于行業(yè)平均標準。
此外，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，由于每次曝光都可能存在圖案的缺陷，而每次曝光都可能在上次曝光流程中積累并放大缺陷，多次曝光后缺陷或影響最后出廠(chǎng)產(chǎn)品的良品率。去年國外權威科技媒體對通過(guò)雙重曝光實(shí)現的7nm工藝麒麟芯片分析后認為，制造良率可能在50%，而通過(guò)SAQP實(shí)現的5nm芯片，良率可能低至20%左右。
不過(guò)，對于華為而言，利用DUV實(shí)現7nm、5nm芯片的制造，已經(jīng)解決了當前的燃眉之急，在這一基礎上，國內芯片企業(yè)在未來(lái)一定能夠繼續取得更多突破，徹底打破國外技術(shù)封鎖，一步步實(shí)現國產(chǎn)化替代。
來(lái)源： EDA365電子論壇
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