中科院院士:中国光刻技术与国外差距15-20年

来源:http://www.chinese-glasses.com 作者:编程 人气:110 发布时间:2020-04-30
摘要:在2019中国集成电路设计大会上,中科院微电子所的院士刘明也谈到了国内集成电路方面的一些技术基础,尤其是光刻方面,指出了在光刻技术方面的进展与不足。 长期战略,中国不应

在2019中国集成电路设计大会上,中科院微电子所的院士刘明也谈到了国内集成电路方面的一些技术基础,尤其是光刻方面,指出了在光刻技术方面的进展与不足。

长期战略,中国不应缺位

根据刘明院士所说,我国在EUV光源、多层膜、掩膜、光刻胶、超光滑抛光技术等方面取得了一些研究进展,但是总体来说,国内的光刻技术与国外技术差距依然有15到20年,是整个集成电路中差距最大的环节。

基于三星10nm制程工艺的骁龙835早已随着三星S8、小米6等一众手机面世,而基于台积电10nm制程工艺的联发科Helio X30也和魅族Pro 7系列手机一起亮相了。除此之外麒麟970及A11处理器将于今秋和消费者见面,各家产品虽有强有弱但手机芯片的10nm时代已经展开,下一步就是向7nm推进,工艺推动者无疑就是三星和台积电这两家已较劲了几代制程的业者了。

此前我们报道过,目前荷兰ASML公司的EUV光刻机已经可以制造7nm及以下工艺,但是国内的光刻机只能做到90nm工艺级别,多数是用在低端生产线上,或者是面板生产线上,28nm及以下的工艺依然需要进口ASML的光刻机才能解决。

赛迪智库半导体研究所副所长林雨就此向《中国电子报》记者解释:“光刻是芯片制造技术的主要环节之一。目前主流的芯片制造是基于193nm光刻机进行的。然而193nm浸没光刻技术很难支撑40nm以下的工艺生产,因此到了22/20nm及以下工艺节点,芯片厂商不得不将193nm液浸技术和各种多重成像技术结合起来使用,以便突破工艺极限。但是采用多重成像的手段就需要进行多次光刻、蚀刻、淀积等流程,无形中提升了制造成本,拉长了工艺周期。”

国内发展半导体产业的决心已经无需多言,目前国内最薄弱的领域还是芯片制造,而在这方面我们又缺少尖端的半导体生产设备,尤其是光刻技术,这是半导体芯片生产中的核心工艺。

“对于国内制造企业而言,芯片制造的工艺水平还达不到EUV所擅长的范围,目前我们28纳米量产,14纳米还在布局。对于EUV而言,如果采用该技术进行14nm芯片量产,成本太高了。”林雨指出。

尽管EUV现在还存在各种障碍,但是其未来应用前景依然各方被看好。从长远角度来看,发展EUV技术是非常必要的。对此,林雨指出:“自上世纪九十年代起,中国便开始关注并发展EUV技术。最初开展的基础性关键技术研究主要分布在EUV光源、EUV多层膜、超光滑抛光技术等方面。2008年‘极大规模集成电路制造装备及成套工艺’国家科技重大专项将EUVL技术列为下一代光刻技术重点攻关。《中国制造2025》也将EUVL列为了集成电路制造领域的发展重点对象,并计划在2030年实现EUV光刻机的国产化。”

事实上,不仅中国对EUV的应用时日尚早,国际上对EUV的应用也局限在很小的范围。对于EUV产业化过程中最大的挑战,林雨表示主要来自于光源和持续生产率。“例如,250W光源是使EUV可用于芯片量产的关键要素。到目前为止,ASML公司已经推出多种采用80W光源的原型,预计将在年底推出其首款125W系统。目前,250W光源主要存在于实验阶段,用于产业化流程中所急需突破的问题是光源的可靠工作效率。据赛迪智库调查了解,Gigaphoton正在帮助ASML生产这种光源。”林雨说。

EUV面向7nm和5nm节点

对于7nm制程工艺,三星和台积电两大晶圆代工领域巨头都早已入手布局以便争抢IC设计业者们的订单。其中三星原定于明年破土动工的韩国华城18号生产线动工时间已被提前到了今年11月,以便在2019年能够进入7nm制程量产阶段。值得注意的是三星华城18号生产线将会架设10多台极紫外光设备。而根据早前的报道,目前台积电在7nm上已有12个产品设计定案,第一代7nm将在2018年实现量产,第二代7nm则会在2019年实现量产,并导入极紫外光技术。

因此,针对于中国EUV技术的发展,王笑龙给出了一些建议。“追求实用技术是企业的本能,追求最新技术却不符合企业效益。因此对于先进的EUV技术,光靠企业和社会资本是无法支撑起来的,对于企业来说,研发技术缺少资金的支持;对于社会资本来说,缺乏热情的投入,因此,这项技术需要政府的支持,需要国家政策的推进。”王笑龙说。

因此,EUV技术实质上是通过提升技术成本来平衡工序成本和周期成本。例如,按照格罗方德的测算,启用EUV技术,在7nm和5nm节点,都仅需要1个光罩即可生产。这样理论上来说,就可以起到简化工艺流程,减少生产周期的作用。

除此之外,耗电量和曝光速度也是EUV技术的实践者需要征服的挑战。“光刻胶和光照膜是传统工艺中使用到的材料,现在已经不适应EUV技术的发展。此外,EUV技术还面临耗电量大等问题。EUV目前的曝光速度与人们的期望还有一定差距。假如传统工艺一次曝光用1小时,整个过程共需4次曝光,一共要4小时,EUV技术只需要一次曝光,预期耗费1小时便可以完成,但是现实中却需要3小时左右。”王笑龙说。

所谓极紫外光刻,是一种应用于现代集成电路制造的光刻技术,它采用波长为10~14纳米的极紫外光作为光源,可使曝光波长降到13.5nm,这不仅使光刻技术得以扩展到32nm工艺以下,更主要的是,它使纳米级时代的半导体制造流程更加简化,生产周期得以缩短。

实用化挑战当前依然存在

不论是三星还是台积电在7nm上都将引入EUV设备,而这种被视为延续摩尔定律的设备的研发正是因为制程工艺进入10nm后难度骤增,193nm光刻技术不足以应付7nm、5nm的需要,所以寄希望于研发EUV光刻工艺来推动制程进步。

这就是说,EUV要进口到中国并没有受到限制。但是,EUV技术进入中国最大的问题可能并非受限与否,而是有没有必要现在购买?由于EUV开发的技术难度极高,特别是EUV光源的功率不足,导致曝光时间过长,使得EUV一直很难得到实用,目前国际上EUV技术较为成熟的企业只有ASML一家,其销售的EUV价格极为高昂,一台售价超过1亿欧元。而目前EUV的主要应用范围是7nm以下工艺节点,尤其5nm工艺节点的晶圆制造。

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