(文/曲博科技教室)美國封鎖大陸所有先進製程的設備,大陸要怎麼突破呢?
去年七月,一家專門做材料分析與逆向工程的機構,拆解大陸一個礦機的晶片,發現使用的是中芯國際的晶片,而且是先進的7奈米製程,大家都非常驚訝,事實上我早就在兩年半以前就在影片中預言,中芯國際要做7奈米製程絕不是問題。但是如果想要再縮小,就要面臨良率的問題。但是如果中芯國際不在乎良率,拼命做到5奈米,也是有可能的,只是良率低,競爭力就不夠。
中芯的突破 全靠台灣的梁孟松
中芯國際突破先進製程的關鍵,就是梁孟松博士,他是成大電機學士、碩士,加州大學柏克萊分校博士,指導教授胡正明博士是鰭式場效電晶體(FinFET)發明人之一,後來梁孟松當選美國電子電機工程師學會院士,根據美國專利及商標局的資料顯示,梁孟松參與發明的半導體技術專利達181件,而且都是關鍵技術研究,在台美兩地發表的技術論文共350餘篇。
梁孟松在台積電 發明500專利
梁孟松1992年返台後,擔任台積電工程師、資深研發處長,是台積電近500項專利的發明人,他負責或參與台積電每一世代製程的最先進技術,也是「新製程設備遴選委員會」成員。
梁孟松曾經幫助三星 超車台積電
2011年梁孟松加入三星集團,擔任三星大型積體電路(LSI)部門技術長,同時也是三星晶圓代工的執行副總,當時三星正處於由晶片製程技術28奈米晶片製程轉向20奈米製程的研發瓶頸,而梁孟松對此主張三星放棄20奈米製程,直接由28奈米製程升級到14奈米製程。一次完成三代四級跨越,後獲成功;最後三星的14奈米製程量產時較台積電早約半年,而同時台積電推出的製程為16奈米。
梁孟松曾使台積電的股價下跌
2015年梁孟松協助三星成功研發14奈米製程後,讓三星拿下部分原為台積電所獨佔蘋果公司處理器相關市場的「蘋果A9處理器」首批訂單以及高通的訂單,三星自此成為蘋果的供應商之一,並使台積電的股價一度下跌,失去八成的蘋果訂單、損失10億美元。
梁孟松到中芯 28奈米開始獲利
2017年梁孟松加入中芯國際擔任聯合執行長兼執行董事,中芯半導體宣布「28奈米高介電常數金屬閘極(HKMG:High K Metal Gate)」量產,成為中國大陸首家可同時提供28奈米多晶矽(Poly SiON)與高介電常數金屬閘極(HKMG)技術的晶圓廠,並且在一年內將低階28奈米製程良率從60%提升至85%以上,並將高階28奈米製程良率提升至80%以上,讓產品質量大幅提升,也使28奈米製程開始獲利。
中芯國際 因梁孟松而進步快速
- 2019年完成14奈米量產FinFET製程
- 2020年完成12奈米量產FinFET製程
- 2021年完成FinFET(N+1)相當台積電N7
- 2022年完成FinFET(N+2)相當台積電N7P,但是不使用極紫外光(EUV)。
台積電能做到的 中芯也做得到
我早就說過,不使用極紫外光的極限就是7奈米,台積電做到了,中芯國際沒有理由做不到。那麼中芯國際是怎麼做到的呢?深紫外光(DUV)所能做到的光學解析度大概是40奈米左右,而使用40奈米的解析度要做到10奈米以下的先進製程,必須使用「自對準多重曝光(SAMP:Self Aligned Multiple Patterning)」的技術,這個技術就是:反覆「成長(Growth)」與「蝕刻(Etch)」晶圓表面的「軸心物(Mandrel)」與「間隔物(Spacer)」,達到縮小元件尺寸的目標。
深紫外光(DUV)與極紫外光(EUV)
使用深紫外光(DUV)與自對準四重曝光(SAQP)理論製程極限可達5奈米,但是由於解析度低所以良率低,最後在矽晶圓上的圖案會與預期的圖案有所差異,因此自對準四重曝光(SAQP)實作製程極限可達7奈米。
使用極紫外光(EUV)比深紫外光(DUV)多重曝光提升解析度70%,減少製造工序和光罩數目提升良率,使設計複雜度下降,設計彈性更大,單次曝光佈局圖案縮小可達50%,使元件的關鍵尺寸(CD:Critical Dimension)更小。
資料來源:
維基百科 https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/%E6%A2%81%E5%AD%9F%E6%9D%BE
Owen Chen發表在知乎:7nm制程工艺如何实现?https://zhuanlan.zhihu.com/p/150954590