国际权威芯片专家评价中国芯片:中国可以用DUV光刻机制造5nm芯片,但是成本高,良品率低,一般企业没有勇气去做

文摘   2024-12-11 09:15   河北  

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散英魂寄千万雄鹰翱翔神州,

尽智魄载十亿慧芯呼唤华夏。


——《国务院给予江上舟同志挽联》


01

前沿导读

在国际芯片产业报告中,“浸润式”光刻技术的发明人、前台积电研发副总裁林本坚表示,中国大陆在现有的 DUV 设备上制造 5nm 芯片组的方案是可行的,但是这个制造成本将是非常昂贵的。



02

大陆的先进芯片

从华为推出搭载麒麟9000S芯片的mate60系列产品之后,中国大陆地区的芯片产业再一次被推上了风口浪尖。

通过Techinsights、YOLE等权威机构对麒麟9000S拆解之后的技术分析来看,麒麟9000S是中芯国际基于Fin FET技术,使用了曾经从ASML采购的DUV光刻机,然后通过双重图案的N+2工艺制造出来的产品,等效工艺为7nm。

更重要的是,麒麟9000S芯片的射频模组,是来自于华为海思的调制解调器 5G 收发器和 PMU。

在美国制裁开始之前的2019年,麒麟芯片的全球出货量达到了 2.5 亿颗。其中包括了麒麟990系列,以及5nm的麒麟9000。

媒体YOLE的调查报告显示,华为在2023 年包括 Mate 60 Pro 在内的智能手机出货量为 4300 万部,华为在一个季度内就获得了智能手机市场4%的市场份额。在巴塞罗那举行的 MWC2024 年展会上,华为凭借一整套令人信服的智能手机(例如可折叠设备)强势存在,证明了这种卷土重来的规模。

根据拆解信息显示,Mate 60 Pro搭载的麒麟9000S芯片,上面的丝印显示为2035,这就代表该芯片是在2020年的第35周立项的。

在芯片的面积上面进行分析,麒麟9000S的芯片尺寸为107mm²,麒麟9000的芯片尺寸为105mm²,麒麟9000S的面积要比麒麟9000大2%。

对芯片上的CDS进行额外测量(包括逻辑栅距、鳍片间距和较低的后端(BEOL)金属化间距)后,可以得出结论,该芯片具有7 nm的特征。

与其他7 nm的工艺节点相比,麒麟9000S的栅距CDS略有空间,但与中芯国际的N+1版本相比仍有所缩小。这就表明,与世界主流的7nm芯片相比,中芯的栅密度较小。

在该芯片上实施的优化(DTCO)功能,比如单扩散中断(SDB),减小了栅极密度间隙。较低的金属层具有与中芯国际N+1版本类似的布线策略,但较小的CD使该中芯国际N+2工艺更接近其他7 nm节点。这些增强功能使SMIC与其N+1实施方案相比缩小了标准单元高度(~5%)和标准单元高度(~10%)。

根据最终的技术分析,可以确定麒麟9000S采用的就是中芯国际n+2的制造工艺,而且具有7nm制程技术的特点。


03

中国如何突破5nm

想要达到5nm的制程技术,需要缩小芯片的一些关键因素,如单元高度、栅极间距和最小金属间距。

在没有EUV光刻机的前提下,只使用DUV光刻机,想要对以上因素进行缩小,需要通过多重图案化技术来实现。

多重图案化技术,虽然可以将芯片内部源极和漏极之间的电流沟道距离缩短,但是技术难度、成本、良品率都是无法量化的外部因素。

麒麟9000S与麒麟9010均使用DUV光刻机通过双重图案曝光的技术制造而成,麒麟9010虽然是新一代的产品,但是它与麒麟9000S的性能提升并不明显,只能算是小修小补的升级款。为了保证良品率和大面积量产的要求,中国大陆还不敢冒然进行5nm芯片的应用。

也有相关行业的专家分析过,国内厂商在5nm节点的制造当中,成本造价要比台积电的成本高出 40% 到 50%左右。

DUV光刻机的ArF光源是193nm的波长,通过浸润式技术可以达到等效134nm的波长。最极限的情况下,可以达到40nm的分辨率。

只采用DUV光刻机设备,想要突破到5nm节点,自对准四重图案化技术是唯一的方法。

可以参考三星的第一代5nm技术,在晶体管设计的过程中,三星选择采用了自对准四重图案化技术,该技术可以将晶体管的电流沟道间距缩短为27nm。

DUV光刻机的单次曝光,可以将芯片的电流沟道间距缩小为50nm。而EUV光刻机单次曝光制造的芯片,电流沟道要远远小于50nm这个数值。

还有一个问题是,在使用 DUV 机器时,需要在多次曝光期间进行精确对准,这就需要很长的技术时间,并且还会发生晶圆位置的错位,从而导致产量降低并增加制造这些晶圆的时间。

林本坚曾经谈论过这个情况,浸润式 DUV 技术可以使用六重图案模式,但同样的,问题来自上述相关的缺点。


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逍遥漠
主攻科技、数码领域原创图文。
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