半导体制造新工艺层出不穷 数字飙升的背后

　　三星：DUV和EUV齐上阵

　　首先来看三星。三星在7nm和相近代次的工艺上将推出使用极紫外和深紫外两个不同光源的多种工艺。其中不但有7nm，还有8nm和6nm等不同的工艺—在这里就可以看出，厂商所谓的nm数，目前已经完全成为商业名称和对不同制程的区分了。

　　作为芯片代工行业的后来者，三星在工艺技术应用上一直比较激进，很早就宣布了7nm时代自己将采用极紫外光刻技术进行大批量制造，主推7nm LPP，大规模投产的技术时间节点大约在2019年或者稍晚。除了7nm的极紫外光刻技术外，三星还规划了两种之前完全没有任何消息的全新工艺，那就是8nm LPP工艺和6nm工艺。从命名上来说，这两个工艺的名称显然只是商业名。它的具体细节三星也给出了简单说明。其中8nm LPP将继续采用深紫外光刻、多重曝光等技术，继承所有10nm工艺上的先进技术和特性。

　　从这一点来看，8nm技术相比10nm技术，很可能在晶体管密度上做出了进一步的提升，同时在性能、功耗等方面做出终极的优化，基本上可看做深紫外光刻下的技术极限了。根据三星的描述，8nm LPP将被用在高性能SoC等产品上，有可能用于和台积电争夺诸如高通、苹果等厂商的订单。另一个6nm工艺就更好理解了，它是7nm LPP EUVL技术的加强版，属于第二代极紫外光刻技术的产物。

　　根据三星的路线，三星在2018年下半年开始试产极紫外光刻的7nm LPP，大规模投产时间大约是2019年秋季。8nm LPP应该会和10nm LPU一起登场，时间大约在2019年第一季度。至于6nm工艺，应该不会在2020年前出现。从这一点可以看出，目前虽然英特尔、三星、台积电以及上游的AMSL都在宣称极紫外时代即将到来，但就具体的技术实现和商业平衡上来看，极紫外的高制程产品应该不会早于2020年前大规模上市。

　　台积电：两代7nm展身手

　　相比三星在7nm上直接引入极紫外光刻的激进路线而言，台积电在7nm时代的布局是稳扎稳打的。台积电将先推出一代深紫外光刻的7nm技术，然后才再次推出极紫外光刻的7nm技术。

　　首先来看深紫外光刻。目前台积电的7nm工艺被业内很多厂商作为下一代产品研发基础，据称已有数十家公司的数百种芯片即将采用台积电的第一代7nm工艺。第一代7nm工艺将分为2个版本，其中一个版本用于高性能产品，诸如对性能、频率有要求的GPU、APU、高性能SoC等产品;另一个版本则针对移动设备，对性能功耗比、功耗等指标做出了优化。台积电宣称，7nm时代将继续采用沉浸式光刻和多重曝光等技术实现，并没有急于进入极紫外光刻时代。

　　▲台积电首代DUV 7nm依旧需要使用沉浸式光刻技术

　　由于台积电没有考虑极紫外光刻，因此其7nm技术进入速度就比较快。相比三星在2018年才能试产极紫外光刻的7nm LPP，台积电深紫外光刻CLN7FF将在2017年第二季度就开始试产，大批量制造开启时间为2018年第二季度。根据台积电说明，相比自家主流的16nm FinFET技术，7nm FinFET技术能够在芯片复杂度和频率一样的情况下将芯片功耗降低60%，或同比条件下频率提升30%，或晶体管数量相同的情况下将芯片尺寸缩小70%。即使是相比10nm FinFET，台积电的7nm技术在这三个数据上也有低于40%(性能暂时未知)、大于37%的优势。

　　在接下来的极紫外光刻7nm时代，台积电会推出CLN7FF+技术，使用EUV作为选择层，并要求开发人员使用新的规则重新设计芯片使用EUV的光罩层。预计EUV的使用将带来更少层数的光罩和更少次数的曝光，并将芯片的生产周期显著缩短。在功耗、频率和密度上，极紫外光刻的CLN7FF+比第一代深紫外光刻的CLN7FF的三个数据分别是10%、降低、10%~15%~20%。其中CLN7FF+的频率可能会比CLN7FF稍低一些，不过可以带来最高20%的面积缩减。

　　在CLN7FF+之后，台积电还规划了第二代极紫外光刻技术，使用5nm FinFET，不出意外的话会被命名为CLN5FF。有关CLN5FF资料目前还很稀少，台积电只是模糊地说相比CLN7FF+，5nm工艺的功率降低、性能更好、面积更小。

　　时间节点方面，除了第一代深紫外光刻的7nm在2018年第二季度就可以大规模投产外，第一代极紫外光刻的7nm将在2019年第二季度生产，5nm则更晚，2020年以后才能看到它的身影了。