半導(dǎo)體制造新工藝層出不窮 數(shù)字飆升的背后

　　格羅方德：跳過(guò)10nm，直接進(jìn)入7nm時(shí)代

　　格羅方德之前在14nm工藝上沒(méi)有作出重要的技術(shù)突破，在14nm之后，格羅方德深入研究10nm并最終決定跳過(guò)它。對(duì)于格羅方德的做法，業(yè)內(nèi)猜測(cè)可能有如下兩個(gè)原因：

　　一是格羅方德經(jīng)過(guò)衡量，認(rèn)為10nm工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)相比目前格羅方德推出的14nm LPP并不顯著，商業(yè)權(quán)衡并不劃算。目前，由于半導(dǎo)體工藝越來(lái)越復(fù)雜，不同代次之間如果能實(shí)現(xiàn)比較大的PPASC(電力、性能、面積、進(jìn)度和成本)差距還好，否則不同代次之間差距不大導(dǎo)致客戶(hù)投片也不夠積極(新版本工藝往往貴很多)。從各家10nm工藝能帶來(lái)的PPASC來(lái)看，功耗方面的收益大約在30%，面積減少也大約在30%(臺(tái)積電除外)，至關(guān)重要的性能提升大約只有10%~20%，尤其是三星系的工藝。

　　格羅方德從三星處獲得了14nm的工藝，如果大費(fèi)周章再次升級(jí)到10nm后只能在性能方面提升大約10%的話(huà)，那么這個(gè)買(mǎi)賣(mài)無(wú)疑是不夠劃算的。再者從時(shí)間來(lái)看，10nm看起來(lái)更像是介于16/14nm工藝到7nm工藝之間的一個(gè)過(guò)渡版本，存在的時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，長(zhǎng)則3年，短的話(huà)可能2年左右就會(huì)被7nm工藝所替代，7nm相比10nm的改進(jìn)，跟后者針對(duì)14nm的改進(jìn)更“翻天覆地”。因此，從10nm為廠(chǎng)商帶來(lái)的收益和投入的資源來(lái)看，對(duì)格羅方德來(lái)說(shuō)吸引力不大。

　　▲格羅方德工廠(chǎng)和接近制造完成的晶圓

　　▲EUV技術(shù)在消除衍射現(xiàn)象、提高精度方面幾乎是決定性的。

　　另一個(gè)是較少的客戶(hù)、較慢的進(jìn)度和成本投入導(dǎo)致格羅方德決定跳過(guò)10nm代次。格羅方德和三星、臺(tái)積電等廠(chǎng)商不同的是，客戶(hù)目標(biāo)群體較小，高性能產(chǎn)品上的主要客戶(hù)就是AMD，因此，AMD在產(chǎn)品上的策略就直接左右了格羅方德在制程上的選擇。目前臺(tái)積電已經(jīng)宣布的10nm工藝已經(jīng)有諸如高通、蘋(píng)果、聯(lián)發(fā)科這樣的企業(yè)青睞，三星也是如此，即使三星沒(méi)有像臺(tái)積電那樣拿下如此多的廠(chǎng)商訂單，自家Exynos系列SoC也會(huì)占據(jù)大量10nm的產(chǎn)能，完全不愁沒(méi)人用。對(duì)格羅方德來(lái)說(shuō)，如果AMD不青睞10nm，自己也沒(méi)有招攬到足夠多的客戶(hù)，10nm的意義就幾乎不存在了。既然格羅方德決心跳過(guò)10nm，那么必將把所有的籌碼都?jí)涸?nm上。格羅方德的7nm產(chǎn)品，后文還會(huì)給出介紹。

　　10nm時(shí)代之后，極紫外光刻登場(chǎng)

　　介紹完10nm，下面就是重要的7nm時(shí)代了。在這個(gè)時(shí)代，傳統(tǒng)的深紫外光刻技術(shù)可能難以全程掌控，臺(tái)積電和三星已經(jīng)開(kāi)始準(zhǔn)備使用極紫外光刻，也就是業(yè)界傳說(shuō)的EUV技術(shù)了。

　　所謂光刻，就是使用光通過(guò)掩模照射在能夠和光照發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)上，發(fā)生反應(yīng)的部分可以洗掉，沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)的部分就成為很好的遮擋物，在下一步的蝕刻部分起到保護(hù)晶圓的作用，這樣就可以把人們想要的電路構(gòu)造留在硅片上。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光刻非常類(lèi)似“投影描圖”，只是描圖的不再是人手，而是機(jī)器，照射圖樣的也不再是可見(jiàn)光，而是紫外線(xiàn)。

　　目前人們使用的光刻機(jī)采用的是深紫外光刻，光的波長(zhǎng)是193nm。按理說(shuō)193nm的深紫外光在遇到80nm工藝時(shí)，就已經(jīng)由于嚴(yán)重的衍射現(xiàn)象而無(wú)法使用了，但是人們通過(guò)沉浸式光刻、多重曝光等問(wèn)題，將深紫外光刻技術(shù)一路推進(jìn)到了10nm階段。而在7nm階段，深紫外光刻徹底走到了盡頭—即使用更多層光罩(甚至大于80層光罩)、多次曝光等手段能夠克服衍射效應(yīng)，而生產(chǎn)出成品，但是由此產(chǎn)生的效率下降和成本上升是難以接受的。在這個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)上，EUV，即采用更短波長(zhǎng)紫外線(xiàn)的極紫外光刻技術(shù)由于可以更好地平衡投入和產(chǎn)出，終于要正式登場(chǎng)了。

　　▲目前ASML的光刻設(shè)備尚未為EUV技術(shù)準(zhǔn)備完成，最快也要到2019年去了。

　　相比深紫外光刻，極紫外光刻的波長(zhǎng)更短，僅僅只有13.5nm，因此能夠在10nm以下呈現(xiàn)更精致的線(xiàn)路圖案，同時(shí)降低沉浸式、多層光罩或多重曝光等額外的附加成本。由于整個(gè)業(yè)界從深紫外光刻轉(zhuǎn)向極紫外光刻將在7nm節(jié)點(diǎn)上發(fā)生，因此這個(gè)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品和布局上將顯得特別復(fù)雜。