半导体制造新工艺层出不穷 数字飙升的背后

　　格罗方德：跳过10nm，直接进入7nm时代

　　格罗方德之前在14nm工艺上没有作出重要的技术突破，在14nm之后，格罗方德深入研究10nm并最终决定跳过它。对于格罗方德的做法，业内猜测可能有如下两个原因：

　　一是格罗方德经过衡量，认为10nm工艺的技术优势相比目前格罗方德推出的14nm LPP并不显著，商业权衡并不划算。目前，由于半导体工艺越来越复杂，不同代次之间如果能实现比较大的PPASC(电力、性能、面积、进度和成本)差距还好，否则不同代次之间差距不大导致客户投片也不够积极(新版本工艺往往贵很多)。从各家10nm工艺能带来的PPASC来看，功耗方面的收益大约在30%，面积减少也大约在30%(台积电除外)，至关重要的性能提升大约只有10%~20%，尤其是三星系的工艺。

　　格罗方德从三星处获得了14nm的工艺，如果大费周章再次升级到10nm后只能在性能方面提升大约10%的话，那么这个买卖无疑是不够划算的。再者从时间来看，10nm看起来更像是介于16/14nm工艺到7nm工艺之间的一个过渡版本，存在的时间不会太长，长则3年，短的话可能2年左右就会被7nm工艺所替代，7nm相比10nm的改进，跟后者针对14nm的改进更“翻天覆地”。因此，从10nm为厂商带来的收益和投入的资源来看，对格罗方德来说吸引力不大。

　　▲格罗方德工厂和接近制造完成的晶圆

　　▲EUV技术在消除衍射现象、提高精度方面几乎是决定性的。

　　另一个是较少的客户、较慢的进度和成本投入导致格罗方德决定跳过10nm代次。格罗方德和三星、台积电等厂商不同的是，客户目标群体较小，高性能产品上的主要客户就是AMD，因此，AMD在产品上的策略就直接左右了格罗方德在制程上的选择。目前台积电已经宣布的10nm工艺已经有诸如高通、苹果、联发科这样的企业青睐，三星也是如此，即使三星没有像台积电那样拿下如此多的厂商订单，自家Exynos系列SoC也会占据大量10nm的产能，完全不愁没人用。对格罗方德来说，如果AMD不青睐10nm，自己也没有招揽到足够多的客户，10nm的意义就几乎不存在了。既然格罗方德决心跳过10nm，那么必将把所有的筹码都压在7nm上。格罗方德的7nm产品，后文还会给出介绍。

　　10nm时代之后，极紫外光刻登场

　　介绍完10nm，下面就是重要的7nm时代了。在这个时代，传统的深紫外光刻技术可能难以全程掌控，台积电和三星已经开始准备使用极紫外光刻，也就是业界传说的EUV技术了。

　　所谓光刻，就是使用光通过掩模照射在能够和光照发生反应的物质上，发生反应的部分可以洗掉，没有发生反应的部分就成为很好的遮挡物，在下一步的蚀刻部分起到保护晶圆的作用，这样就可以把人们想要的电路构造留在硅片上。简单来说，光刻非常类似“投影描图”，只是描图的不再是人手，而是机器，照射图样的也不再是可见光，而是紫外线。

　　目前人们使用的光刻机采用的是深紫外光刻，光的波长是193nm。按理说193nm的深紫外光在遇到80nm工艺时，就已经由于严重的衍射现象而无法使用了，但是人们通过沉浸式光刻、多重曝光等问题，将深紫外光刻技术一路推进到了10nm阶段。而在7nm阶段，深紫外光刻彻底走到了尽头—即使用更多层光罩(甚至大于80层光罩)、多次曝光等手段能够克服衍射效应，而生产出成品，但是由此产生的效率下降和成本上升是难以接受的。在这个重要的节点上，EUV，即采用更短波长紫外线的极紫外光刻技术由于可以更好地平衡投入和产出，终于要正式登场了。

　　▲目前ASML的光刻设备尚未为EUV技术准备完成，最快也要到2019年去了。

　　相比深紫外光刻，极紫外光刻的波长更短，仅仅只有13.5nm，因此能够在10nm以下呈现更精致的线路图案，同时降低沉浸式、多层光罩或多重曝光等额外的附加成本。由于整个业界从深紫外光刻转向极紫外光刻将在7nm节点上发生，因此这个节点的产品和布局上将显得特别复杂。