半導體制造新工藝層出不窮 數(shù)字飆升的背后

　　格羅方德：跳過10nm，直接進入7nm時代

　　格羅方德之前在14nm工藝上沒有作出重要的技術突破，在14nm之后，格羅方德深入研究10nm并最終決定跳過它。對于格羅方德的做法，業(yè)內(nèi)猜測可能有如下兩個原因：

　　一是格羅方德經(jīng)過衡量，認為10nm工藝的技術優(yōu)勢相比目前格羅方德推出的14nm LPP并不顯著，商業(yè)權衡并不劃算。目前，由于半導體工藝越來越復雜，不同代次之間如果能實現(xiàn)比較大的PPASC(電力、性能、面積、進度和成本)差距還好，否則不同代次之間差距不大導致客戶投片也不夠積極(新版本工藝往往貴很多)。從各家10nm工藝能帶來的PPASC來看，功耗方面的收益大約在30%，面積減少也大約在30%(臺積電除外)，至關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，如果大費周章再次升級到10nm后只能在性能方面提升大約10%的話，那么這個買賣無疑是不夠劃算的。再者從時間來看，10nm看起來更像是介于16/14nm工藝到7nm工藝之間的一個過渡版本，存在的時間不會太長，長則3年，短的話可能2年左右就會被7nm工藝所替代，7nm相比10nm的改進，跟后者針對14nm的改進更“翻天覆地”。因此，從10nm為廠商帶來的收益和投入的資源來看，對格羅方德來說吸引力不大。

　　▲格羅方德工廠和接近制造完成的晶圓

　　▲EUV技術在消除衍射現(xiàn)象、提高精度方面幾乎是決定性的。

　　另一個是較少的客戶、較慢的進度和成本投入導致格羅方德決定跳過10nm代次。格羅方德和三星、臺積電等廠商不同的是，客戶目標群體較小，高性能產(chǎn)品上的主要客戶就是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。目前臺積電已經(jīng)宣布的10nm工藝已經(jīng)有諸如高通、蘋果、聯(lián)發(fā)科這樣的企業(yè)青睞，三星也是如此，即使三星沒有像臺積電那樣拿下如此多的廠商訂單，自家Exynos系列SoC也會占據(jù)大量10nm的產(chǎn)能，完全不愁沒人用。對格羅方德來說，如果AMD不青睞10nm，自己也沒有招攬到足夠多的客戶，10nm的意義就幾乎不存在了。既然格羅方德決心跳過10nm，那么必將把所有的籌碼都壓在7nm上。格羅方德的7nm產(chǎn)品，后文還會給出介紹。

　　10nm時代之后，極紫外光刻登場

　　介紹完10nm，下面就是重要的7nm時代了。在這個時代，傳統(tǒng)的深紫外光刻技術可能難以全程掌控，臺積電和三星已經(jīng)開始準備使用極紫外光刻，也就是業(yè)界傳說的EUV技術了。

　　所謂光刻，就是使用光通過掩模照射在能夠和光照發(fā)生反應的物質(zhì)上，發(fā)生反應的部分可以洗掉，沒有發(fā)生反應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。簡單來說，光刻非常類似“投影描圖”，只是描圖的不再是人手，而是機器，照射圖樣的也不再是可見光，而是紫外線。

　　目前人們使用的光刻機采用的是深紫外光刻，光的波長是193nm。按理說193nm的深紫外光在遇到80nm工藝時，就已經(jīng)由于嚴重的衍射現(xiàn)象而無法使用了，但是人們通過沉浸式光刻、多重曝光等問題，將深紫外光刻技術一路推進到了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，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。在這個重要的節(jié)點上，EUV，即采用更短波長紫外線的極紫外光刻技術由于可以更好地平衡投入和產(chǎn)出，終于要正式登場了。

　　▲目前ASML的光刻設備尚未為EUV技術準備完成，最快也要到2019年去了。

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