半導(dǎo)體制造新工藝層出不窮 數(shù)字飆升的背后

　　三星：DUV和EUV齊上陣

　　首先來(lái)看三星。三星在7nm和相近代次的工藝上將推出使用極紫外和深紫外兩個(gè)不同光源的多種工藝。其中不但有7nm，還有8nm和6nm等不同的工藝—在這里就可以看出，廠商所謂的nm數(shù)，目前已經(jīng)完全成為商業(yè)名稱和對(duì)不同制程的區(qū)分了。

　　作為芯片代工行業(yè)的后來(lái)者，三星在工藝技術(shù)應(yīng)用上一直比較激進(jìn)，很早就宣布了7nm時(shí)代自己將采用極紫外光刻技術(shù)進(jìn)行大批量制造，主推7nm LPP，大規(guī)模投產(chǎn)的技術(shù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)大約在2019年或者稍晚。除了7nm的極紫外光刻技術(shù)外，三星還規(guī)劃了兩種之前完全沒(méi)有任何消息的全新工藝，那就是8nm LPP工藝和6nm工藝。從命名上來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)工藝的名稱顯然只是商業(yè)名。它的具體細(xì)節(jié)三星也給出了簡(jiǎn)單說(shuō)明。其中8nm LPP將繼續(xù)采用深紫外光刻、多重曝光等技術(shù)，繼承所有10nm工藝上的先進(jìn)技術(shù)和特性。

　　從這一點(diǎn)來(lái)看，8nm技術(shù)相比10nm技術(shù)，很可能在晶體管密度上做出了進(jìn)一步的提升，同時(shí)在性能、功耗等方面做出終極的優(yōu)化，基本上可看做深紫外光刻下的技術(shù)極限了。根據(jù)三星的描述，8nm LPP將被用在高性能SoC等產(chǎn)品上，有可能用于和臺(tái)積電爭(zhēng)奪諸如高通、蘋果等廠商的訂單。另一個(gè)6nm工藝就更好理解了，它是7nm LPP EUVL技術(shù)的加強(qiáng)版，屬于第二代極紫外光刻技術(shù)的產(chǎn)物。

　　根據(jù)三星的路線，三星在2018年下半年開始試產(chǎn)極紫外光刻的7nm LPP，大規(guī)模投產(chǎn)時(shí)間大約是2019年秋季。8nm LPP應(yīng)該會(huì)和10nm LPU一起登場(chǎng)，時(shí)間大約在2019年第一季度。至于6nm工藝，應(yīng)該不會(huì)在2020年前出現(xiàn)。從這一點(diǎn)可以看出，目前雖然英特爾、三星、臺(tái)積電以及上游的AMSL都在宣稱極紫外時(shí)代即將到來(lái)，但就具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)和商業(yè)平衡上來(lái)看，極紫外的高制程產(chǎn)品應(yīng)該不會(huì)早于2020年前大規(guī)模上市。

　　臺(tái)積電：兩代7nm展身手

　　相比三星在7nm上直接引入極紫外光刻的激進(jìn)路線而言，臺(tái)積電在7nm時(shí)代的布局是穩(wěn)扎穩(wěn)打的。臺(tái)積電將先推出一代深紫外光刻的7nm技術(shù)，然后才再次推出極紫外光刻的7nm技術(shù)。

　　首先來(lái)看深紫外光刻。目前臺(tái)積電的7nm工藝被業(yè)內(nèi)很多廠商作為下一代產(chǎn)品研發(fā)基礎(chǔ)，據(jù)稱已有數(shù)十家公司的數(shù)百種芯片即將采用臺(tái)積電的第一代7nm工藝。第一代7nm工藝將分為2個(gè)版本，其中一個(gè)版本用于高性能產(chǎn)品，諸如對(duì)性能、頻率有要求的GPU、APU、高性能SoC等產(chǎn)品;另一個(gè)版本則針對(duì)移動(dòng)設(shè)備，對(duì)性能功耗比、功耗等指標(biāo)做出了優(yōu)化。臺(tái)積電宣稱，7nm時(shí)代將繼續(xù)采用沉浸式光刻和多重曝光等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并沒(méi)有急于進(jìn)入極紫外光刻時(shí)代。

　　▲臺(tái)積電首代DUV 7nm依舊需要使用沉浸式光刻技術(shù)

　　由于臺(tái)積電沒(méi)有考慮極紫外光刻，因此其7nm技術(shù)進(jìn)入速度就比較快。相比三星在2018年才能試產(chǎn)極紫外光刻的7nm LPP，臺(tái)積電深紫外光刻CLN7FF將在2017年第二季度就開始試產(chǎn)，大批量制造開啟時(shí)間為2018年第二季度。根據(jù)臺(tái)積電說(shuō)明，相比自家主流的16nm FinFET技術(shù)，7nm FinFET技術(shù)能夠在芯片復(fù)雜度和頻率一樣的情況下將芯片功耗降低60%，或同比條件下頻率提升30%，或晶體管數(shù)量相同的情況下將芯片尺寸縮小70%。即使是相比10nm FinFET，臺(tái)積電的7nm技術(shù)在這三個(gè)數(shù)據(jù)上也有低于40%(性能暫時(shí)未知)、大于37%的優(yōu)勢(shì)。

　　在接下來(lái)的極紫外光刻7nm時(shí)代，臺(tái)積電會(huì)推出CLN7FF+技術(shù)，使用EUV作為選擇層，并要求開發(fā)人員使用新的規(guī)則重新設(shè)計(jì)芯片使用EUV的光罩層。預(yù)計(jì)EUV的使用將帶來(lái)更少層數(shù)的光罩和更少次數(shù)的曝光，并將芯片的生產(chǎn)周期顯著縮短。在功耗、頻率和密度上，極紫外光刻的CLN7FF+比第一代深紫外光刻的CLN7FF的三個(gè)數(shù)據(jù)分別是10%、降低、10%~15%~20%。其中CLN7FF+的頻率可能會(huì)比CLN7FF稍低一些，不過(guò)可以帶來(lái)最高20%的面積縮減。

　　在CLN7FF+之后，臺(tái)積電還規(guī)劃了第二代極紫外光刻技術(shù)，使用5nm FinFET，不出意外的話會(huì)被命名為CLN5FF。有關(guān)CLN5FF資料目前還很稀少，臺(tái)積電只是模糊地說(shuō)相比CLN7FF+，5nm工藝的功率降低、性能更好、面積更小。

　　時(shí)間節(jié)點(diǎn)方面，除了第一代深紫外光刻的7nm在2018年第二季度就可以大規(guī)模投產(chǎn)外，第一代極紫外光刻的7nm將在2019年第二季度生產(chǎn)，5nm則更晚，2020年以后才能看到它的身影了。