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2019年底采用6nm工艺,三星激进式EUV技术见效了吗?

芯片是脑力密集型产业,随着时间的推移,全球拥有芯片设计和制造全产业链的企业仅仅剩下三星和英特尔,不同于英特尔的稳中求进,三星似乎更加激进。近日,据外媒曝光,三星公布了自己的芯片制造工艺的路线图,三星方面表示,它们将于2019年底采用6nm工艺芯片代工,明年将完成5nm工艺和4nm工艺的芯片,在先进半导体制程技术上,三星只有台积电一个对手了。

2019年底采用6nm工艺,三星激进式EUV技术见效了吗?

三星为何急于推出自己的先进制程工艺?

摩尔定律揭示了半导体产业的发展规律,也是芯片巨头们决胜江湖的一本“武林秘籍”,正是这个规律的存在,让英特尔、三星、德州仪器等企业称霸半导体界几十年。如今,半导体产业走到了一个关键的节点上,那就是7纳米制程,很多专家表示,7纳米将是推进摩尔定律的下一重要关卡,因为随着半导体进入7nm节点,包括半导体设计、材料、制造工艺和封装测试等,每个半导体制程环节都面临严峻的挑战,成本和效能已经不能成正比了。

目前能够设计7nm芯片的企业有华为、三星、英特尔、高通和苹果等顶尖集成电路设计企业,但是拥有7nm制程技术的仅有三星和台积电,英特尔似乎已经落户了这两大对手。英特尔高层曾表示,7nm工艺会在两年内推出,最早将在2021年问世。

三星、台积电在先进制程工艺上的你追我赶,无非是为了在市场的争夺中占据先机。在代工模式方面,英特尔在电脑方面的领先是统治级别的,三星则擅长于智能手机芯片,而台积电则是两者皆通,甚至现在还占据了挖矿机芯片9成的市场。在10nm工艺上,台积电拿下了华为麒麟970和苹果A11两款芯片的代工订单,而三星则抢到了高通骁龙845代工订单。

在7nm工艺上,华为麒麟980也选择了继续和台积电合作,在三星的7nm制程工艺研制出来之前,苹果A12、高通骁龙855的意向合作伙伴也是台积电,但三星突然提前半年完成7nm新工艺的研发,让高通和台积电的合作存在一定的变数。有消息称,高通已经将新的芯片样品送交三星进行测试,但具体是不是骁龙855就不得而知。不过在此之前,三星已经宣布自己的7nm工艺已经赢得了高通5G芯片的订单,不出意外的话,三星拿下骁龙855也只是时间问题。

面对台积电和三星的步步紧逼,英特尔也不得不做出改变,英特尔在去年向包括ARM阵营在内的所有厂商开放代工业务,并表示代工业务营收在英特尔总营收中的比重将逐渐提升,三星对7nm、5nm工艺的执着上,的确是比英特尔更加激进。

芯片巨头的半导体制程“竞赛”

2018年发生了让业内人惊讶的一件大事,那就是联电与格芯先后退出先进制程的军备竞赛,加上英特尔的10nm制程处理器量产出货时程再度递延到2019年底,均显示先进制程的技术进展已面临瓶颈。展望未来,还有能力持续推动半导体制程微缩的业者,或只剩下台积电、三星和英特尔三家公司。

从进度上看,台积电公布的7nm芯片已有50多款在流片,可算是遥遥领先。英特尔则仍苦苦挣扎于10nm。而三星近年来逐渐将代工业务视为发展重点,先后在美国、中国、日本等多地先后举办的三星代工论坛上还公布了其7nm以后的最新工艺路线图,预计2018年推出7nm FinFET EUV工艺,而8nm LPU工艺也会开始风险试产,2019年推出7nm的优化版,即5/4nm FinFET EUV工艺,同时面向RF射频、eMRAM等芯片的18nm FD-SoI工艺开始风险试产,到2020年推出3nm EUV工艺,同时晶体管架构从FinFET转向GAA。三星目前已将GAA视为7nm节点之后取代FinFET晶体管的新一代候选技术。

三星作为全球最大的存储芯片生产企业,通过在存储芯片上锤炼先进工艺,在过去三年间,三星就采用EUV技术处理了20万片晶圆生产SRAM。2017年五月,三星推出了首款使用EUV光刻解决方案的半导体工艺技术7nm LPP EUV,预期可借此突破摩尔定律的扩展障碍,为单纳米半导体技术的发展铺平道路。另外,三星位于华城市的7nm厂预计最快明年量产,并计划投入56亿美元升级晶圆产能,其中三星在韩国华城的S3生产线上部署了由原本的10nm工艺改造而来的ASML NXE3400 EUV光刻机,这条生产线的EUV产能据称已经达到了大规模量产的标准。

除此之外,三星还将新建一条EUV工艺专用的产线,计划在2019年底全面完成后,2020年实现EUV量产。相较之下,台积电今年才宣布和联发科合作试产7nm制程12核心芯片,但根据台积电10nm今年难产的现状来看,台积电的研发进程显得相当落后了。

EUV技术是7nm工艺的关键

7nm工艺是半导体产业一个非常重要的转折点,而要想获得非常好的良率,引入EUV技术是7nm工艺的关键,同时这项技术也是摩尔定律延续到5nm以下的关键技术,引入EUV工艺可以大幅提升性能,缩减曝光步骤、光罩数量等制造过程,节省时间和成本。不过,引入EUV技术并不容易,其需要投入大量资金购买昂贵的EUV设备,同时需要进行大量的工艺验证以确保在生产过程中获得较佳的良率,才能以经济的成本适用于生产芯片。

EUV技术也叫极紫外光刻技术,它以波长为10-14nm的极紫外光作为光源的光刻技术,极紫外线需要通电激发紫外线管的K极放射出紫外线。EUV光刻技术也被业内人称为下一代半导体工艺的最佳技术选择。

虽然EUV技术备受关注,但是目前仅有少数厂商掌握其核心技术。对于大多数的半导体制造商而言,EUV光刻的基本设备仍需进步,这样才能满足成熟的量产需求。如光刻胶的灵敏度,掩模技术的成熟度,还有需要提升光源的透射率等等,这些都是目前面临的最大技术难题。

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