半導體制造新工藝層出不窮 數字飆升的背后

　　三星：DUV和EUV齊上陣

　　首先來看三星。三星在7nm和相近代次的工藝上將推出使用極紫外和深紫外兩個不同光源的多種工藝。其中不但有7nm，還有8nm和6nm等不同的工藝—在這里就可以看出，廠商所謂的nm數，目前已經完全成為商業名稱和對不同制程的區分了。

　　作為芯片代工行業的后來者，三星在工藝技術應用上一直比較激進，很早就宣布了7nm時代自己將采用極紫外光刻技術進行大批量制造，主推7nm LPP，大規模投產的技術時間節點大約在2019年或者稍晚。除了7nm的極紫外光刻技術外，三星還規劃了兩種之前完全沒有任何消息的全新工藝，那就是8nm LPP工藝和6nm工藝。從命名上來說，這兩個工藝的名稱顯然只是商業名。它的具體細節三星也給出了簡單說明。其中8nm LPP將繼續采用深紫外光刻、多重曝光等技術，繼承所有10nm工藝上的先進技術和特性。

　　從這一點來看，8nm技術相比10nm技術，很可能在晶體管密度上做出了進一步的提升，同時在性能、功耗等方面做出終極的優化，基本上可看做深紫外光刻下的技術極限了。根據三星的描述，8nm LPP將被用在高性能SoC等產品上，有可能用于和臺積電爭奪諸如高通、蘋果等廠商的訂單。另一個6nm工藝就更好理解了，它是7nm LPP EUVL技術的加強版，屬于第二代極紫外光刻技術的產物。

　　根據三星的路線，三星在2018年下半年開始試產極紫外光刻的7nm LPP，大規模投產時間大約是2019年秋季。8nm LPP應該會和10nm LPU一起登場，時間大約在2019年第一季度。至于6nm工藝，應該不會在2020年前出現。從這一點可以看出，目前雖然英特爾、三星、臺積電以及上游的AMSL都在宣稱極紫外時代即將到來，但就具體的技術實現和商業平衡上來看，極紫外的高制程產品應該不會早于2020年前大規模上市。

　　臺積電：兩代7nm展身手

　　相比三星在7nm上直接引入極紫外光刻的激進路線而言，臺積電在7nm時代的布局是穩扎穩打的。臺積電將先推出一代深紫外光刻的7nm技術，然后才再次推出極紫外光刻的7nm技術。

　　首先來看深紫外光刻。目前臺積電的7nm工藝被業內很多廠商作為下一代產品研發基礎，據稱已有數十家公司的數百種芯片即將采用臺積電的第一代7nm工藝。第一代7nm工藝將分為2個版本，其中一個版本用于高性能產品，諸如對性能、頻率有要求的GPU、APU、高性能SoC等產品;另一個版本則針對移動設備，對性能功耗比、功耗等指標做出了優化。臺積電宣稱，7nm時代將繼續采用沉浸式光刻和多重曝光等技術實現，并沒有急于進入極紫外光刻時代。

　　▲臺積電首代DUV 7nm依舊需要使用沉浸式光刻技術

　　由于臺積電沒有考慮極紫外光刻，因此其7nm技術進入速度就比較快。相比三星在2018年才能試產極紫外光刻的7nm LPP，臺積電深紫外光刻CLN7FF將在2017年第二季度就開始試產，大批量制造開啟時間為2018年第二季度。根據臺積電說明，相比自家主流的16nm FinFET技術，7nm FinFET技術能夠在芯片復雜度和頻率一樣的情況下將芯片功耗降低60%，或同比條件下頻率提升30%，或晶體管數量相同的情況下將芯片尺寸縮小70%。即使是相比10nm FinFET，臺積電的7nm技術在這三個數據上也有低于40%(性能暫時未知)、大于37%的優勢。

　　在接下來的極紫外光刻7nm時代，臺積電會推出CLN7FF+技術，使用EUV作為選擇層，并要求開發人員使用新的規則重新設計芯片使用EUV的光罩層。預計EUV的使用將帶來更少層數的光罩和更少次數的曝光，并將芯片的生產周期顯著縮短。在功耗、頻率和密度上，極紫外光刻的CLN7FF+比第一代深紫外光刻的CLN7FF的三個數據分別是10%、降低、10%~15%~20%。其中CLN7FF+的頻率可能會比CLN7FF稍低一些，不過可以帶來最高20%的面積縮減。

　　在CLN7FF+之后，臺積電還規劃了第二代極紫外光刻技術，使用5nm FinFET，不出意外的話會被命名為CLN5FF。有關CLN5FF資料目前還很稀少，臺積電只是模糊地說相比CLN7FF+，5nm工藝的功率降低、性能更好、面積更小。

　　時間節點方面，除了第一代深紫外光刻的7nm在2018年第二季度就可以大規模投產外，第一代極紫外光刻的7nm將在2019年第二季度生產，5nm則更晚，2020年以后才能看到它的身影了。