半導體加工工藝,本質上就是一個在硅晶圓上,不斷曝光,蝕刻的過程。
而這個工藝的提升的過程,就是曝光時所用的底片圖案,不斷進行增密的一個過程。
在大家的傳統印象里,底片的增密,就是底片精度的提高過程。增密底片圖案,除了提高光刻機精度,就沒有別的辦法了嗎?
在我們的日常生活當中,有個不恰當的例子,那就是套色印刷(或者是彩色打印)。
三色墨水,每個打印的精度都是相同的,但是三色重合打印,單色就變成了彩色!
顏色的精度,就從單色的8位,上升到了256位!
在2005年之后,由于工藝制程的提升,最小可分辨特征尺寸(mrf)已經遠遠小于光源波長,利用duv光刻機已經無法一次刻蝕成型。
既然無法一次刻蝕成型,那就多刻蝕幾次,每一次刻蝕一部分,然后拼湊成最終圖案。
從每個部分圖形的加工過程來說,用的都是原有的加工方法和設備,但它可以實現更高精度的芯片加工。
它就是《多重圖案化技術》!
《多重圖案法》就是將一個圖形,分離成兩個或者三個部分。每個部分按照通常的制程方法進行制作。整個圖形最后再合并形成最終的圖層。
按照這個理論,圖形精度簡直可以無限分割下去。
但實際上,這個方案也有它的局限。
光刻機,做到了極限,是因為光波波長的緣故。
圖案分割,做到最后,也會有這個問題。
當光罩上圖形線寬尺寸接近光源波長時,衍射將會十分明顯。
光刻機內部光路對于光線的俘獲能力是有限的,如果沒有足夠的能量到達光刻膠上,光刻膠將無法充分反應,使得其尺寸和厚度不能達到要求。
在后續的顯影、刻蝕工藝中起不到應有的作用,導致工藝的失敗。
所以用這個方法,步進到7nm,就做不下去了。因為從原理上就出現了問題。
7nm之后,必須使用euv(深紫)光刻機,那個對中國禁運的光刻機,就是這個道理。
在這個階段(1微米),它還不是個問題。阻礙晶圓工藝進步的主要原因,來自生產設備,工藝,而不是原理。
任何事情都有利有弊。
這種技術的優點非常突出。那就是不需改變現有設備,或者是做很少的改變,就可以達到提高晶圓工藝的要求。
但弊端也很突出。
第一個弊端,麻煩。
這個技術的思想雛形,第一次出現在130nm階段,第一次完整出現,則是在30nm階段。
為什么出現得這么晚?
每道圖層,都要進行分解,想想就麻煩得很啊。這個方法,完全是沒有辦法的辦法。
換個高精度的光刻機及其配套工藝,一下子不就解決了嘛!這也是在30nm之前,基本上無人往這個方向思考的原因。
其次,成本。
加工一塊芯片所需要的加工工序數目增加了。原來一次加工的步驟,現在要兩次,甚至四次才可以。
這在商用芯片的制造上,是很致命的。
例如,如果只采用一次加工,良品率為7成。這完全是個可以接受的數字。但是當一次加工,改成四次加工的時候,整個工藝的良品率就會下降到2成。
多重圖案法的核心,是把一張圖片分解成多張。這里還會存在分圖片互相校準的問題。所以,在實際的生產過程中,采用這種工藝以后,其良品率會極大降低。
用剛才的例子數據來計算,良品率,會從7成,下降到不到一成!
英特爾之所以在10nm節點,耗費了接近5年的時間,跟他們的多重四圖案曝光(saqp)良率較低,有關系。
對于一個芯片廠來說,良品率就是他們的飯碗。
如果在14nm的時候,芯片成本是300美元。升級芯片生產工藝的目的,自然是因為進程越高,占用的晶圓面積越小。采用新工藝后,芯片的生產成本,也自然降低。同樣功能芯片,它的成本在10nm時代,應該降為150美元才對。
但這種工藝,增加了工序的數目,實際上已經增加了芯片的加工成本。再加上良品率的問題,采用新方法生產出來的芯片,弄不好成本還高于300美元了。
在這種情況下,為什么要量產10nm
在intel占據壟斷地位的時候,表現就更為突出。這也是pc的cpu連續多年,速度根本沒有怎么提升的根本原因。
但這個理由,對全彩無效,對光電無效。
全彩,乃至光電,并不是一間芯片公司,這個10nm工藝解決的是有無問題,生死問題。
這就與花為一樣。花為是賣芯片的嗎?
不是!他是賣5g系統!
有了這300美元的芯片,幾萬美元的系統就能賣出去!沒有,死路一條!
這里的進程升級,節省的不是那150美元的成本。它的價值是幾萬美元!
全彩也是同樣道理。有了這十幾美元的芯片,上千美元的顯示器就能賣出去!這款芯片,代表的不僅僅是十幾美元的加工成本。
在這種情況下,良品率不要說3成,就是1成,甚至只有百分之一,也必須要上。
當然,良品率還是需要提高的。
良品率的提高,就是個磨耐心,磨時間的過程,沒有什么了不起的。
led時代,大家經歷過,lcd,現在正在經歷。所有人都有了信心。
“還真有好東西啊!這個項目一做成,你可就牛b大了啊!”
看著老鄉在黑板上,一頓比比劃劃,兩個人都聽明白了。
這個項目如果做成。它的影響力實在是太大了。
tftlcd,以前中國沒有,你做出來了,填補了國內空白,別人會夸一下。但他絕對意識不到這里的難度真有這么大。
但晶圓一樣嗎?
中國在一微米這個地方卡了多久?
1微米的技術攻關,國家在531計劃時期(1986年),就提出來了。而等到908工程的投產,已經是1997年的事情。
前后兩個國家級計劃,整整走了11年!就是到現在,1992年,也已經走6年多了。
而且更重要的是,這個技術的極限,不僅僅是用2微米設備來生產1微米芯片。理論上來講,它甚至可以實現0.5微米!
連909計劃都不需要了!
三個國家級計劃!
繼續提高可不可以,例如0.25微米?
呵呵!
憑此一個技術,中國就可以在半導體工藝上,實現對世界先進水平的反超!
更重要的是,這個技術需要什么開發成本嗎?
所有的設備,都是現有設備啊!
這個項目只要做成,不僅僅是成永興,包括嚴亮和葉靜,都會名聲大噪。一次搞出三個工程院院士,絕對沒有問題。