光刻成为摩尔定律的前沿 制造工艺成主要瓶颈

光刻成为摩尔定律的前沿 制造工艺成主要瓶颈
2020年2月15日 No Comments 亚博平台手机网页网址 yabo

十多年来,半导体系体例造行业一方面不断在等候EUV可以或许解救摩尔定律,但另一方面又担忧该手艺永久都不会呈现。不外最终,它仍是来了,并且不久便将投入利用。

半个多世纪以来,半导体行业按照摩尔定律不竭成长,驱动了一系列的科技立异、

跟着器件尺寸越来越迫近物理极限,摩尔定律对新一代工艺节点研发能否仍然见效是此刻全行业都在关心的问题。

DRAM制程工艺进入20nm当前,因为制造难度越来越高,内存芯片制造厂商对工艺的定义曾经不是具体的线宽。

目前,行业DRAM三巨头都没有大规模利用EUV,但跟着制程工艺的提拔,节点的进一步微缩,同时,EUV的机能和成本也在不竭优化,DRAM将迎来EUV迸发期。

DRAM制造商采用EUV的可能性极有可能与逻辑芯片制造商类似。最后,EUV设备仅用于几层,跟着制程节点、层数逐步添加,将全面转向EUV设备。

EUV 作为此刻最先辈的光刻机,是独一可以或许出产 7nm 以下制程的设备,由于它发射的光线波长仅为现有设备的十五分之一,可以或许蚀刻愈加精细的半导体电路,所以 EUV 也被成为“冲破摩尔定律的救星”。

从2019年半导体芯片进入 7nm 时代起头(此刻我们处于 10nm 时代),EUV 光刻机是绝对的计谋性设备,

而中芯国际斥巨资预定EUV设备,虽然手艺掉队三星、台积电两到三代,此刻还在 28nm 和 14nm 上挣扎,可是具有 EUV 光刻机之后,对于中国自主研发半导体手艺是有着严重意义的。

在半导体财产中,因为分歧品种芯片的晶体布局和工作模式具有差别,工艺成长历程也不尽不异。

在DRAM范畴,全球三大DRAM原厂均停滞在18nm-15nm之间,仍没有冲破10nm物理极限;在逻辑芯片制造范畴,以台积电和三星为代表,曾经引入EUV手艺。

但在所有半导体产物制造中,都需要通过光刻手艺将电路图形转移到单晶概况或介质层上,光刻手艺的不竭冲破鞭策着集成电路密度、机能不竭翻倍,成本也愈加优化。近年来,跟着工艺节点的不竭缩小,光刻手艺次要履历了紫外光刻手艺(UV)、深紫外光刻手艺(DUV)和极紫外光刻手艺(EUV)。

在EUV手艺中,采用的光波长仅为13.5nm,因而可以或许将图案分辩率降低到10nm以下,这是目前支流的DUV手艺无法达到的。

不外,由于晶片制程的持续推进,电路要再进行微缩的难度愈来愈高,成本的提拔速度也愈来愈快。

半导体厂商在步履艰难地减小线路尺寸的同时维持成本;每一代芯片成功流片的时间拉的更长;芯片工艺尺寸的减小也不像以往那样激进。这些坚苦可能会给 EUV 一个机遇,摩尔定律的变缓可能真的会给EUV足够的时间踌躇不前。

足够的时间,也就是在摩尔定律被成本熬煎到止步之前。EUV 可能会走到它被普遍接管并且能降低出产成本的那一天。到了阿谁时候,下一代的先辈芯片的制形成本可能过高,而所带来的机能劣势不敷较着,致使于半导体厂商不会选择这种手艺。

EUV光刻机次要客户有英特尔、三星和台积电,而台积电的订单最多。存储方面DRAM的产量和工艺提拔都需要用到EUV光刻机了, 而跟着物联网的成长,相信也会给EUV设备带来增量。

光刻机范畴的龙头老迈是荷兰ASML,并曾经占领了高达80%的市场份额,垄断了高端光刻机市场最先辈的EUV光刻机售价曾高达1亿美元一台,且全球仅仅ASML可以或许出产。

三星是第一个声称将利用EUV东西出产芯片的公司,并称将在2018年下半年投入利用。

英特尔讲话人暗示,一旦这项手艺以无效的成本预备停当,他们将努力于把EUV投入出产。研究指出,英特尔曾经采办了比任何其他公司更多的EUV设备。

台积电在7nm+ EUV节点之后,5nm工艺将更深切地使用EUV极紫外光刻手艺,分析表示全面提拔,官方传播鼓吹比拟第一代7nm EDV工艺能够带来最多80%的晶体管密度提拔,15%摆布的机能提拔或者30%摆布的功耗降低。

因为EUV的手艺难度、需要的投资金额太高,别的两大微影设备厂──日本的尼康和佳能,都已放弃研发。

目前,这两家次要合作敌手均在规模与手艺方面掉队于公司,ASML以800亿美元市值成立起来的规模,曾经将所有合作敌手(以及潜在合作敌手)远远地甩在了死后。

ASML成为了半导体业能继续冲刺下一代先辈制程,开辟出更省电、运算速度更快的电晶体的最初但愿若是ASML做不了,全球范畴内已没有人能够做,摩尔定律会从此消亡。

数字孔径越大,光刻波长越小,则光刻精度越好。因而在学术界若何提拔光刻精度是很清晰的,即利用波长较短的光(如紫外线EUV等)以及增大数字孔径利用淹没式光刻等。

大师晓得迟早得用EUV,可是出于成本和工艺成熟度考量大师老是但愿越晚用EUV越好,能不消EUV就先撑几代再说。

因而就呈现了double-pattern(用在16nm)以至multi-pattern等法子实此刻晦气用EUV的环境下也能做到超低特征尺寸下的光刻,价格是工艺的复杂性大大上升。到了7nm终究是撑不住了,巨头纷纷起头颁布发表利用EUV。

当然之前的multi-pattern也不算是走了弯路,由于即便是用了EUV,在将来更小的特征尺寸下估量仍是要上multi-pattern。与此同时,ASML在近日也发布了其路线nm光刻手艺将足够支撑摩尔定律到2030年。

跟着 ASML 将手艺蓝图推展至 1.5 纳米,摩尔定律还有至多 10 年的时间。只是,过往半导体系体例程是每两年前进一个手艺时代,将来可能是35年才前进一阶,整个财产的效益放缓是必然趋向,这也带给中国半导体大厂一个很好前进追逐的机遇,努力追上支流的工艺手艺。

将来半导体世界的合作,仍会是第一、第二、第三梯次壁垒分明。5 纳米以下手艺可行,但手艺难度和投资成本拉高,第一梯次包罗台积电、三星、英特尔、 GlobalFoundries 曾经申请参赛。

摩尔定律的效应趋缓下,代表前方的道路越来越难冲破,这供给给中国半导体厂很好追逐的前提,只是手艺持续提拔的成本投资会大幅垫高,无机会挤入国际第一梯次步队,如许的投资报答率很诱人,更让中国芯片自主可控不再是高不可攀的胡想。

摩尔定律的次要动力就是成本下降,而在一次性成本快速提拔但平均成本却下降无限的时代,摩尔定律的进一步成长动力就不那么强了,EUV 可能会走到它被普遍接管并且能降低出产成本的那一天。

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