自對準四重圖案化專利晶元,華為P70、Mate70雙系不可能用上

筆者之前一遍關於晶元設計的華為四重曝光技術專利文章,提到新品手機有可能用到新專利的5nm晶元,不過這篇幾乎全平台都被下架了,這明顯不是平台問題,其中原因懂得都懂。從專利到實際晶元量產,還需要經歷漫長的研發之路。

一般而言,最先進的DUV光刻機通過多重曝光技術能夠生產出7納米晶元,但成本和良率較高。然而,實現7納米、5納米乃至更先進工藝的晶元通常需要依賴EUV光刻機技術。但現階段由於EUV光刻機的供應受限,購買不到最先進的DUV設備,因此要實現7納米和5納米工藝幾乎是不可能的。

先進的DUV光刻機一般採用的是193納米波長的深紫外光源,已被應用於7nm(N7)、7nm、14納米及更早的工藝。然而,隨著工藝的不斷微縮,DUV的能力已經逐漸達到瓶頸,因此像台積電三星等廠商都開始引入極紫外光源的EUV光刻工藝。EUV的波長僅為13.5納米,相較於193納米的DUV光刻機,其製程能力提升了十倍以上,為未來的工藝微縮打開了更廣闊的空間。

就以華為Mate 60 Pro搭載的麒麟9000S處理器為例,雖然華為並未公布其製造工藝,但根據國內技術水平和生產設備,採用5納米工藝幾乎是不可能的。然而,有研究表明,麒麟9000S晶元的性能接近甚至達到了7納米製程,可能是由於晶體管分布較為密集、排列整齊所致。或者,華為採用了3D晶元堆疊技術,將兩塊14納米製程的晶元堆疊在一起,發揮出了與7納米製程晶元相當的性能。但這種方式生產的晶元相對容易被辨識,因此可能性不大。

關於「自動對準四重圖案化半導體裝置的製作方法及半導體裝置」專利技術公示後,目前的理論解析來看,這一技術可以通過疊加多次曝光過程,利用現有先進的DUV光刻機設備實現對晶元電路的精確構建。也就是在沒有EUV光刻機的情況之下生產出較為先進的晶元。

台積電在2017年曾試圖實現多重曝光技術,但良率過低、成本過高,最終放棄了這一嘗試。假設一次曝光的良率與台積電相當,達到90%,經過四次曝光後的晶元良率為0.9×0.9×0.9×0.9,這說明華為要實現四重曝光技術的難度有多大,成本將會相當高昂。早期台積電採用的是三重曝光和刻蝕,但發現良率和效率都較低。對於先進邏輯工藝後段,存在著12層以上的金屬連接線,這樣的工藝流程要求並不可接受。因此,明智的選擇是採用EUV的一次性曝光和刻蝕。

四重曝光方式並沒有解決晶元製造過程中的瓶頸問題,也不值得過多討論。當然,通過技術手段可以提高良率、降低成本,但絕不能超過EUV光刻機本身生產的晶元。可以說,四重曝光的良率低、性能差、功耗大、成本高是不爭的事實。華為的四重曝光技術面臨著較高的技術挑戰和成本壓力,尚未達到超越EUV光刻機製程的水平

年初,ASML撤回了兩款浸沒式2000i DUV光刻機的出貨許可,兩台Twinscan NXT:2050i和Twinscan NXT:2100i型號光刻機無法交付給國內廠商,原因是一項出貨許可被撤銷。這明顯能感覺到ASML已經無法供應先進的DUV光刻機給中國用戶。儘管如此,1980i及之前的光刻機仍然能夠自由出貨,雖然無法滿足先進晶元的生產需求,但卻可以滿足成熟製程晶元的需求。所以,ASML在2024得前兩個季度是可以向中國市場出售較老版本DUV光刻機。

綜合考慮目前現狀,這項新專利「自對準四重圖案化(SAQP)半導體裝置的製作方法以及半導體裝置」真正轉化為實現量產新晶元過程還會較長的一段路要走,華為P70 Pro,華為Mate70 Pro等產品使用的晶元應該不會用到專利中提到的技術。但有沒有比麒麟9000S更進化的晶元,還是有一定希望的,但性能提升不會太明顯。