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從7nm到3nm GAA,三星為何激進地采用EUV?

作者: 時間:2018-09-10 來源:愛集微 收藏
編者按:半導體業界為EUV已經投入了相當龐大的研發費用,因此也不難理解他們急于收回投資。雖然目前還不清楚EUV是否已經100%準備就緒,但是三星已經邁出了實現大規模量產的第一步。

  隨著聯電、格芯先后退出半導體先進工藝競賽,目前仍有實力一爭高下的,僅剩下臺積電、和英特爾。就當前進展而言,臺積電公布的7nm芯片已有50多款在流片,可算是遙遙領先。英特爾則仍苦苦掙扎于10nm。近年來逐漸將代工業務視為發展重點誓做“最受信任的代工廠”,并曾揚言要爭取25%的代工市場,在今年其在美國、中國、日本等多地先后舉辦的代工論壇(SFF)上還公布了其7nm以后的最新工藝路線圖,展示與臺積電拼到底的決心。

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/201809/391681.htm

  按照三星的計劃,2018年晚些時候會推出7nm FinFET 工藝,而8nm LPU工藝也會開始風險試產;2019年推出7nm的優化版,即5/4nm FinFET 工藝,同時面向RF射頻、eMRAM等芯片的18nm FD-SoI工藝開始風險試產;2020年推出工藝,同時晶體管架構從FinFET轉向GAA( Gate-All-Around)。三星將GAA視為7nm節點之后取代FinFET晶體管的新一代候選技術。

  由于臺積電要到第二代7nm工藝N7+上才會使用EUV工藝,因此三星算是首家大規模量產EUV工藝,激進的三星在7nm工藝就直接上EUV,未來的5/4/3nm節點也會全面使用EUV工藝。

  據悉,目前三星已經在韓國華城的S3生產線上部署了ASML的NXE3400 EUV光刻機,這條生產線是由原本的10nm工藝改造而來,EUV產能據稱已經達到了大規模量產的標準。除此之外,三星還將新建一條EUV工藝專用的產線,計劃在2019年底全面完成后,2020年實現EUV量產。

  三星代工業務首席工程師Yongjoo Jeon在今年5月份的論壇上表示,三星將使用內部開發的EUV光罩檢測工具,這是一個重要的優勢,因為還沒有類似的商業工具被開發出來。此外,三星也在開發EUV微影光阻劑,并有望在今年稍晚達到大規模量產要求的目標良率。

  為何三星如此堅定地在其首個7nm就激進地采用EUV技術?據其表示,采用EUV是綜合許多因素考慮的結果,包括EUV設備是否準備好,成本、多重曝光復雜性、保真度和間距縮放等。至少對三星自家的7nm而言,(柵極)間距可以控制在單次曝光,這使得整個光刻工藝流程減少了與曝光相關的大部分設計復雜性,例如涂色步驟對某些代工廠就是非常困難的一段制程。

  此外,傳統多重曝光的諸多限制之一就是圖案保真度,所見通常并不是所得。據三星表示,通過采用EUV,圖案保真度比采用ArF多重曝光提升了70%。在版圖設計方面,EUV可以簡化布線,甚至在某些情況下可以較少過孔,極大的降低了設計復雜性。當然,EUV帶來的好處遠不止這些。

  三星稱,在存儲應用中,與基于ArF的多重曝光設計相比,采用單次曝光的2D EUV可以版圖布局面積減小最多達50%。為此,三星將最高密度的SRAM位單元尺寸縮小到0.0262μm2。

  半導體業界為EUV已經投入了相當龐大的研發費用,因此也不難理解他們急于收回投資。雖然目前還不清楚EUV是否已經100%準備就緒,但是三星已經邁出了實現大規模量產的第一步。

  問題是,如果技術有了,產能有了,客戶會有誰?目前臺積電已經拿下了絕大部分的7nm訂單,本就少之又少的7nm客戶,還會剩下哪些留給三星。

  7nm之后,三星押寶GAA

  GAA(環繞柵極)相比現在的FinFET三柵極設計,將重新設計晶體管底層結構,克服當前技術的物理、性能極限,增強柵極控制,性能大大提升。自二十一世紀初以來,三星和其他公司一直在開發GAA技術。GAA晶體管是場效應晶體管(FET),在通道的所有四個側面都有一個柵極,用于克服FinFET的物理縮放比例和性能限制,包括電源電壓。IMEC也認為,GAA晶體管將是未來最有可能突破7nm以下FinFET工藝的候選技術。

  據三星介紹,自2002年以來,三星專有的GAA技術被稱為多通道FET(MBCFET),MCBFET使用納米片器件來增強柵極控制,顯著提高晶體管的性能。

  而業內人士認為,三星所說的MBCFET,其實屬于水平溝道柵極環繞技術(Horizontal gate-all-around,有些文獻中又稱為Lateral gate-all-around,以下簡稱水平GAA,柵極環繞則簡稱GAA)的一種。盡管并沒有公開對外宣布,但其它的芯片廠商其實也在同一個方向努力,所計劃的啟用時間點也是大同小異。大家都是采用水平GAA,只不過鰭片形狀各有不同,三星是采用納米板片形狀的鰭片,有些廠商則傾向橫截面為圓形納米線形狀的鰭片。這些都屬于水平GAA,其它的變體還包括六角形鰭片,納米環形鰭片等。

  關于三星的GAA即MCBFET技術何時能量產,該公司此前的規劃是在2020年開始在3nm節點量產,但Gartner代工廠研究副總裁Samuel Wang預計,三星將在2022年左右正式量產GAA晶體管,不過看起來進展速度比預期更快。



關鍵詞: 三星 EUV 3nm

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