華為四重曝光工藝專利公開，國產(chǎn)5nm芯片有希望了？
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國產(chǎn)芯片制造技術(shù)又迎來新突破？近日，國家知識產(chǎn)權(quán)局公布了華為技術(shù)有限公司的多項(xiàng)新專利，其中一項(xiàng)專利號為CN117751427A，該專利涉及到“自對準(zhǔn)四重圖案化(Self Aligned Quadruple Patterning，簡寫為SAQP)半導(dǎo)體裝置的制作方法以及半導(dǎo)體裝置”，引起業(yè)界廣泛關(guān)注。
華為自對準(zhǔn)四重圖案化半導(dǎo)體裝置制作方法以及半導(dǎo)體裝置專利（圖源：國家知識產(chǎn)權(quán)局）該專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，通過這一技術(shù)，中國國產(chǎn)5nm芯片將得以實(shí)現(xiàn)。如此一來，中國先進(jìn)芯片的制造將能夠繞過美國的技術(shù)制裁，降低對ASML光刻機(jī)的依賴，實(shí)現(xiàn)技術(shù)自主。
彭博社報(bào)道稱，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
英特爾都沒搞定的四重曝光被華為拿下？根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局3月22日公布的信息，華為技術(shù)有限公司提交的這項(xiàng)自對準(zhǔn)四重圖案化工藝，可以分為七個步驟：
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。
華為公開專利中所展示的SAQP技術(shù)步驟（來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局）華為在專利中表示：“實(shí)施本申請實(shí)施例，可以提高電路圖案設(shè)計(jì)的自由度?！?/span>
簡單地說，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(shè)備，達(dá)成和更先進(jìn)工藝類似甚至更先進(jìn)的結(jié)果，比如用7nm設(shè)備造出5nm芯片。如此一來，我們就能夠在沒有ASML最先進(jìn)的極紫外光刻設(shè)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(dǎo)體巨頭們都曾做過嘗試，但它太過于復(fù)雜，需要執(zhí)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)原理圖示舉例來說，2016年，英特爾在探索10nm工藝的過程中，由于ASML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(jì)劃中的Cannon Lake處理器項(xiàng)目最終被迫取消。盡管第二代產(chǎn)品成功實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，但其性能表現(xiàn)并未達(dá)到預(yù)期要求，頻率無法提升，甚至無法滿足桌面臺式機(jī)的使用需求。
另外，英特爾在推進(jìn)其18A 1.8nm工藝的過程中，由于新一代高NA光刻機(jī)尚未到位，公司不得不采用現(xiàn)有設(shè)備結(jié)合雙重曝光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo)。
對于國內(nèi)芯片行業(yè)來說，由于近年來美國對先進(jìn)半導(dǎo)體制造設(shè)備的出口管制，國內(nèi)企業(yè)不得不放棄對高端半導(dǎo)體制造設(shè)備的依賴（特別是ASML的EUV設(shè)備），另辟蹊徑，通過多重曝光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)7nm、5nm制程。
根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局公布的信息，華為這項(xiàng)專利早在2021年9月就申請了，正是華為被美國宣布制裁后的幾個月?？梢姡瑢τ诟叨诵酒圃烊A為早已有了技術(shù)儲備。如今，這項(xiàng)專利的公開，或許意味著這項(xiàng)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芯片問世，在國內(nèi)引起了轟動，也迎來國際上的關(guān)注。國外機(jī)構(gòu)TechInsights對麒麟9000S進(jìn)行了電鏡掃描，計(jì)算出了其晶體管密度為98MTr/mm2，也就是0.98億個每平方毫米，該數(shù)據(jù)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(xiàn)了7nm芯片的制造。
此次華為公布的自對準(zhǔn)四重圖案化(SAQP)技術(shù)，意味著實(shí)現(xiàn)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(shè)備的依賴，同時也為國產(chǎn)EUV爭取了更多時間。
有知情人士向《金融時報(bào)》透露，華為會將全新5nm制程技術(shù)，應(yīng)用于下一代P70系列旗艦手機(jī)的處理器和數(shù)據(jù)中心芯片，在沒有外國的協(xié)助下成功生產(chǎn)5nm制程芯片，對于國產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)來說無疑是一項(xiàng)巨大成就。
不過，研究機(jī)構(gòu)TechInsights的Dan Hutcheson等專家也指出，盡管華為在自對準(zhǔn)四重圖案化技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展，但如果中國想要獲得超越5nm技術(shù)的長期競爭力，僅僅依賴這項(xiàng)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(jī)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的芯片制造能力。
另外，從成本方面考慮的話，臺積電等制造商使用EUV，芯片產(chǎn)量更高，每個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高于行業(yè)平均標(biāo)準(zhǔn)。
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產(chǎn)品的良品率。去年國外權(quán)威科技媒體對通過雙重曝光實(shí)現(xiàn)的7nm工藝麒麟芯片分析后認(rèn)為，制造良率可能在50%，而通過SAQP實(shí)現(xiàn)的5nm芯片，良率可能低至20%左右。
不過，對于華為而言，利用DUV實(shí)現(xiàn)7nm、5nm芯片的制造，已經(jīng)解決了當(dāng)前的燃眉之急，在這一基礎(chǔ)上，國內(nèi)芯片企業(yè)在未來一定能夠繼續(xù)取得更多突破，徹底打破國外技術(shù)封鎖，一步步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代。
來源： EDA365電子論壇
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