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摩尔定律的救星EUV,究竟意味着什么

银河国际登录|十多年来,半导体生产行业一方面仍然在期望EUV需要解救摩尔定律,但另一方面又担忧该技术总有一天都会经常出现。不过最后,它还是来了,而且旋即之后将投入使用。摩尔定律渐远下的提高半个多世纪以来,半导体行业按照摩尔定律大大发展,驱动了一系列的科技创新、社会改革以及生产效率的提升。

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随着器件尺寸更加迫近物理无限大,摩尔定律对新一代工艺节点研发否仍然奏效是现在仅有行业都在注目的问题。DRAM制程工艺转入20nm以后,由于生产可玩性更加低,内存芯片制造厂商对工艺的定义早已不是明确的线宽。

目前,行业DRAM三巨头都没大规模用于EUV,但随着制程工艺的提高,节点的更进一步微缩,同时,EUV的性能和成本也在大大优化,DRAM将步入EUV愈演愈烈期。DRAM制造商使用EUV的可能性近于有可能与逻辑芯片制造商相近。

最初,EUV设备仅有用作几层,随着制程节点、层数渐渐减少,将全面改向EUV设备。被称作“突破摩尔定律的救星”EUV作为现在最先进设备的光刻机,是唯一需要生产7nm以下制程的设备,因为它升空的光线波长仅有为现有设备的十五分之一,需要转印更为细致的半导体电路,所以EUV也被沦为“突破摩尔定律的救星”。从2019年半导体芯片转入7nm时代开始(现在我们正处于10nm时代),EUV光刻机是意味著的战略性设备,没它就不会寸步难行。而中芯国际斥巨资预计EUV设备,虽然技术落后三星、台积电两到三代,现在还在28nm和14nm上绝望,但是享有EUV光刻机之后,对于中国自律研发半导体技术是具有重大意义的。

光刻沦为摩尔定律的前沿在半导体产业中,由于有所不同种类芯片的晶体结构和工作模式不存在差异,工艺发展进程也不尽相同。在DRAM领域,全球三大DRAM原厂皆衰退在18nm-15nm之间,仍没突破10nm物理无限大;在逻辑芯片生产领域,以台积电和三星为代表,早已引进EUV技术。但在所有半导体产品生产中,都必须通过光刻技术将电路图形移往到单晶表面或介质层上,光刻技术的大大突破推展着集成电路密度、性能大大缩减到,成本也愈发优化。

近年来,随着工艺节点的大大增大,光刻技术主要经历了紫外光刻有技术(UV)、浅紫外光刻有技术(DUV)和极紫外光刻技术(EUV)。在EUV技术中,使用的光波长仅有为13.5nm,因此需要将图案分辨率减少到10nm以下,这是目前主流的DUV技术无法超过的。

不过,因为晶片制程的持续前进,电路要再行展开微缩的可玩性越来越低,成本的提高速度也越来越慢。EUV有充足的时间追上半导体厂商在步履艰难地增大线路尺寸的同时保持成本;每一代芯片顺利流片的时间纳的更长;芯片工艺尺寸的增大也不像以往那样保守。

这些艰难可能会给EUV一个机会,摩尔定律的变缓有可能知道不会给EUV充足的时间迎头赶上。充足的时间,也就是在摩尔定律被成本虐待到负于之前。EUV可能会跑到它被普遍拒绝接受而且能降低生产成本的那一天。到了那个时候,下一代的先进设备芯片的生产成本有可能过低,而所带给的性能优势过于显著,实在太半导体厂商会自由选择这种技术。

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大厂对EUV的响应速度EUV光刻机主要客户有英特尔、三星和台积电,而台积电的订单最多。存储方面DRAM的产量和工艺提高都必须中用EUV光刻机了,而随着物联网的发展,坚信也不会给EUV设备带给增量。光刻机领域的龙头老大是荷兰ASML,并早已占有了超过80%的市场份额,独占了高端光刻机市场——最先进设备的EUV光刻机售价曾高达1亿美元一台,且全球意味着ASML需要生产。三星是第一个声称将用于EUV工具生产芯片的公司,相提并论将在2018年下半年投入使用。

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英特尔发言人回应,一旦这项技术以有效地的成本准备就绪,他们将致力于把EUV投入生产。研究认为,英特尔早已出售了比任何其他公司更好的EUV设备。对于其7nm的EUV工艺,格罗方德将用5步代替15步。台积电在7nm+EUV节点之后,5nm工艺将更加了解地应用于EUV极紫外光刻技术,综合展现出全面提高,官方声称比起第一代7nmEDV工艺可以带给最少80%的晶体管密度提高,15%左右的性能提高或者30%左右的功耗减少。

中芯国际早已向荷兰芯片设备制造商ASML出售了一台EUV光刻设备,价值1.2亿美元。这也完全赚到了中芯国际2017年的所有利润,该公司去年的净利润为1.264亿美元。不过在大家了解到EUV设备有多最重要之后,就告诉这笔钱花的有多值了。

ASML将引导EUV的进程由于EUV的技术难度、必须的投资金额太高,另外两大微影设备厂──日本的尼康和佳能,都已退出研发。目前,这两家主要竞争对手皆在规模与技术方面领先于公司,ASML以800亿美元市值创建一起的规模,早已将所有竞争对手(以及潜在竞争对手)远远地甩在了身后。ASML沦为了半导体业能之后冲刺下一代先进设备制程,研发出更省电、运算速度更慢的电晶体的最后期望——如果ASML做不了,全球范围内已没有人可以做到,摩尔定律不会从此消失。

生产工艺成主要的瓶颈数字孔径越大,光刻波长就越小,则光刻精度就越好。因此在学术界如何提高光刻精度是很确切的,即用于波长较短的光(如紫外线EUV等)以及减小数字孔径用于水龙头式光刻等。大家告诉早晚要用EUV,但是出于成本和工艺成银河国际熟度考量大家总是期望越晚用EUV越少,能不必EUV就再行倒几代再说。因此就经常出现了double-pattern(用在16nm)甚至multi-pattern等办法构建在不用于EUV的情况下也能做超低特征尺寸下的光刻,代价是工艺的复杂性大大下降。

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到了7nm再一是撑不住了,巨头争相开始宣告用于EUV。当然之前的multi-pattern也远比是回头了弯路,因为即使是用了EUV,在未来更加小的特征尺寸下估算还是要上multi-pattern。

与此同时,ASML在近日也发布了其路线图,并认为其1.5nm光刻技术将充足反对摩尔定律到2030年。摩尔定律效应递增的国内机会随着ASML将技术蓝图推动至1.5纳米,摩尔定律还有最少10年的时间。

只是,过往半导体制程是每两年行进一个技术时代,未来有可能是3—5年才行进一阶,整个产业的效益上升是必然趋势,这也带来中国半导体大厂一个很好行进追上的机会,拼死平上主流的工艺技术。未来半导体世界的竞争,仍不会是第一、第二、第三梯次壁垒分明。5纳米以下技术不切实际,但技术难度和投资成本拉高,第一梯次还包括台积电、三星、英特尔、GlobalFoundries早已申请人参赛。摩尔定律的效应放缓下,代表前方的道路更加无以突破,这获取给中国半导体厂很好追上的条件,只是技术持续提高的成本投资不会大幅度加高,有机会挤进国际第一梯次队伍,这样的投资报酬率很迷人,更加让中国芯片自律高效率仍然是遥不可及的梦想。

结尾:摩尔定律的主要动力就是成本上升,而在重复使用成本较慢提高但平均值成本却上升受限的时代,摩尔定律的更进一步发展动力就不那么强劲了,EUV可能会跑到它被普遍拒绝接受而且能降低生产成本的那一天。。

本文来源:银河国际-designram.com

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