國(guó)產(chǎn)芯片制造技術(shù)又迎來(lái)新突破？
近日，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布了華為技術(shù)有限公司的多項(xiàng)新專(zhuān)利，其中一項(xiàng)專(zhuān)利號(hào)為CN117751427A，該專(zhuān)利涉及到“自對(duì)準(zhǔn)四重圖案化(Self Aligned Quadruple Patterning，簡(jiǎn)寫(xiě)為SAQP)半導(dǎo)體裝置的制作方法以及半導(dǎo)體裝置”，引起業(yè)界廣泛關(guān)注。
華為自對(duì)準(zhǔn)四重圖案化半導(dǎo)體裝置制作方法以及半導(dǎo)體裝置專(zhuān)利（圖源：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局）
該專(zhuān)利被看作是多重曝光芯片制造工藝的又一重大突破，外媒紛紛猜測(cè)，通過(guò)這一技術(shù)，中國(guó)國(guó)產(chǎn)5nm芯片將得以實(shí)現(xiàn)。如此一來(lái)，中國(guó)先進(jìn)芯片的制造將能夠繞過(guò)美國(guó)的技術(shù)制裁，降低對(duì)ASML光刻機(jī)的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)自主。
彭博社報(bào)道稱(chēng)，華為測(cè)試用蠻力方法制造更先進(jìn)的芯片，該方法或許能使用舊工具制造5nm芯片
英特爾都沒(méi)搞定的四重曝光被華為拿下？

根據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局3月22日公布的信息，華為技術(shù)有限公司提交的這項(xiàng)自對(duì)準(zhǔn)四重圖案化工藝，可以分為七個(gè)步驟：
1、在待刻蝕層的表面依次形成第一抗反射層、第一犧牲層、第二抗反射層和第一圖案化硬掩膜層；2、對(duì)第一圖案化硬掩膜層進(jìn)行光刻形成第二圖案化硬掩膜層；3、基于第二圖案化硬掩膜層為掩膜對(duì)第二抗反射層和第一犧牲層進(jìn)行刻蝕，形成第二圖案化犧牲層；4、去除第二圖案化硬掩膜層和第二抗反射層，并基于第二圖案化犧牲層形成第三圖案化硬掩膜層；5、對(duì)第三圖案化硬掩膜層進(jìn)行光刻形成第四圖案化硬掩膜層；6、基于第四圖案化硬掩膜層對(duì)第一抗反射層和待刻蝕層進(jìn)行刻蝕，形成圖案化的待刻蝕層。7、去除第四圖案化硬掩膜層和第一抗反射層。
華為公開(kāi)專(zhuān)利中所展示的SAQP技術(shù)步驟（來(lái)源：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局）
華為在專(zhuān)利中表示：“實(shí)施本申請(qǐng)實(shí)施例，可以提高電路圖案設(shè)計(jì)的自由度。”
簡(jiǎn)單地說(shuō)，多重曝光就是將芯片電路掩膜圖案的蝕刻分成多次完成，可以使用相對(duì)落后的技術(shù)和設(shè)備，達(dá)成和更先進(jìn)工藝類(lèi)似甚至更先進(jìn)的結(jié)果，比如用7nm設(shè)備造出5nm芯片。如此一來(lái)，我們就能夠在沒(méi)有ASML最先進(jìn)的極紫外光刻設(shè)備（EUV）的情況下，生產(chǎn)先進(jìn)芯片。
事實(shí)上，多重曝光并不是新概念，半導(dǎo)體巨頭們都曾做過(guò)嘗試，但它太過(guò)于復(fù)雜，需要執(zhí)行的步驟更多，良品率和質(zhì)量都難以保障。
雙重曝光（左）和四重曝光（右）技術(shù)原理圖示
舉例來(lái)說(shuō)，2016年，英特爾在探索10nm工藝的過(guò)程中，由于ASML的EUV一直未能交付，便嘗試采用多重曝光技術(shù)，最后卻以失敗告終。因此，原計(jì)劃中的Cannon Lake處理器項(xiàng)目最終被迫取消。盡管第二代產(chǎn)品成功實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，但其性能表現(xiàn)并未達(dá)到預(yù)期要求，頻率無(wú)法提升，甚至無(wú)法滿(mǎn)足桌面臺(tái)式機(jī)的使用需求。
另外，英特爾在推進(jìn)其18A 1.8nm工藝的過(guò)程中，由于新一代高NA光刻機(jī)尚未到位，公司不得不采用現(xiàn)有設(shè)備結(jié)合雙重曝光技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo)。
對(duì)于國(guó)內(nèi)芯片行業(yè)來(lái)說(shuō)，由于近年來(lái)美國(guó)對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體制造設(shè)備的出口管制，國(guó)內(nèi)企業(yè)不得不放棄對(duì)高端半導(dǎo)體制造設(shè)備的依賴(lài)（特別是ASML的EUV設(shè)備），另辟蹊徑，通過(guò)多重曝光技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)7nm、5nm制程。
根據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布的信息，華為這項(xiàng)專(zhuān)利早在2021年9月就申請(qǐng)了，正是華為被美國(guó)宣布制裁后的幾個(gè)月?？梢?jiàn)，對(duì)于高端芯片制造華為早已有了技術(shù)儲(chǔ)備。如今，這項(xiàng)專(zhuān)利的公開(kāi)，或許意味著這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)性突破。
多重曝光成本雖高但可解決燃眉之急
此前，麒麟9000S芯片問(wèn)世，在國(guó)內(nèi)引起了轟動(dòng)，也迎來(lái)國(guó)際上的關(guān)注。國(guó)外機(jī)構(gòu)TechInsights對(duì)麒麟9000S進(jìn)行了電鏡掃描，計(jì)算出了其晶體管密度為98MTr/mm2，也就是0.98億個(gè)每平方毫米，該數(shù)據(jù)與臺(tái)積電、三星的7nm芯片大致一致，因此業(yè)界猜測(cè)華為是采用雙重曝光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了7nm芯片的制造。
此次華為公布的自對(duì)準(zhǔn)四重圖案化(SAQP)技術(shù)，意味著實(shí)現(xiàn)7nm量產(chǎn)后，其仍在快速推進(jìn)5nm技術(shù)的研發(fā)，努力突破技術(shù)瓶頸，降低對(duì)國(guó)外先進(jìn)制造設(shè)備的依賴(lài)，同時(shí)也為國(guó)產(chǎn)EUV爭(zhēng)取了更多時(shí)間。
有知情人士向《金融時(shí)報(bào)》透露，華為會(huì)將全新5nm制程技術(shù)，應(yīng)用于下一代P70系列旗艦手機(jī)的處理器和數(shù)據(jù)中心芯片，在沒(méi)有外國(guó)的協(xié)助下成功生產(chǎn)5nm制程芯片，對(duì)于國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一項(xiàng)巨大成就。
不過(guò)，研究機(jī)構(gòu)TechInsights的Dan Hutcheson等專(zhuān)家也指出，盡管華為在自對(duì)準(zhǔn)四重圖案化技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展，但如果中國(guó)想要獲得超越5nm技術(shù)的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力，僅僅依賴(lài)這項(xiàng)技術(shù)是不夠的。最終，中國(guó)仍需采購(gòu)或自主研發(fā)EUV光刻機(jī)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的芯片制造能力。
另外，從成本方面考慮的話(huà)，臺(tái)積電等制造商使用EUV，芯片產(chǎn)量更高，每個(gè)芯片的成本得到最小化，而華為如果采用多重曝光的方法，每顆芯片的成本可能會(huì)高于行業(yè)平均標(biāo)準(zhǔn)。
此外，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，由于每次曝光都可能存在圖案的缺陷，而每次曝光都可能在上次曝光流程中積累并放大缺陷，多次曝光后缺陷或影響最后出廠產(chǎn)品的良品率。去年國(guó)外權(quán)威科技媒體對(duì)通過(guò)雙重曝光實(shí)現(xiàn)的7nm工藝麒麟芯片分析后認(rèn)為，制造良率可能在50%，而通過(guò)SAQP實(shí)現(xiàn)的5nm芯片，良率可能低至20%左右。
不過(guò)，對(duì)于華為而言，利用DUV實(shí)現(xiàn)7nm、5nm芯片的制造，已經(jīng)解決了當(dāng)前的燃眉之急，在這一基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)在未來(lái)一定能夠繼續(xù)取得更多突破，徹底打破國(guó)外技術(shù)封鎖，一步步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。

來(lái)源： EDA365電子論壇

--End--

*博客內(nèi)容為網(wǎng)友個(gè)人發(fā)布，僅代表博主個(gè)人觀點(diǎn)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系工作人員刪除。