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探究中芯7纳米芯片制造陷入困境的真相

2022-08-25 17:12:53 Majeed Ahmad,EDN主編 阅读:
日前,中芯国际(SMIC)掌握7纳米芯片制造技术的消息让不少人感到惊叹,该消息一度成为技术和商业媒体的头条新闻。中芯国际如何在其新开发的7纳米节点上量产芯片?中芯在美国实施的出口禁令下挺进7纳米制程,为此投入多少?

日前,中芯国际(SMIC)掌握7纳米芯片制造技术的消息让不少人感到惊叹,该消息一度成为技术和商业媒体的头条新闻。但探究其制程技术“大跃进”的真正价值更至关重要。tQXednc

中芯国际如何在其新开发的7纳米节点上量产芯片?中芯在美国实施的出口禁令下挺进7纳米制程,为此投入多少? tQXednc

在厘清这些问题之前,我们回顾一下中芯国际在7纳米制程节点上的崛起。7纳米制程在2018年发布时就被公认为是芯片制造的分水岭。相较于其前一代的14纳米节点,7纳米芯片由于在芯片上的每单位面积封装了更多的晶体管,显著地提高了性能,同时也更具经济效益。tQXednc

而且,在无需使用极紫外光微影(EUV)设备的情况下也能建构7纳米节点,它可以采用广泛可取得的深紫外光(DUV)技术来制造7纳米芯片。事实上,台积电(TSMC)在其7纳米芯片生产的早期阶段正是使用了DUV设备。根据一些媒体与产业分析报导,中芯国际为了迎头赶上这一制程节点,有部份“借鉴”了台积电的N7制程技术。tQXednc

然而,正如拆解分析公司TechInsights对中芯国际7纳米芯片的研究所揭露的,使用DUV技术对于芯片设计增加了许多复杂性。首先,使用DUV设备需要更多层光罩,导致必须为7纳米芯片进行三重或四重曝光图案化(patterning)。另一方面,EUV设备只需曝光一次芯片,即可将芯片图案放置在晶圆表面上,这使得EUV技术成为7纳米及更小节点的重要支柱。tQXednc

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在此情况下,中国半导体产业专家Douglas Fuller对英国《金融时报》(Financial Times)表示,中芯国际的7纳米制程进展被过度夸大了,事实上,这家中国最主要的晶圆厂只是利用更多重曝光来弥补EUV工具的不足。他还对中芯国际7纳米芯片制程的制造良率提出质疑。tQXednc

根据一些业界观察家的看法,中芯国际7纳米的每片晶圆良率约在15%左右,但这使得在此制程节点制造的芯片非常昂贵,大约比台积电7纳米节点制造的芯片市场价格更高10倍。同时,值得注意的是,以中芯国际7纳米节点制造的加密挖矿芯片采用高度平行设计,这表示其复杂度较低。tQXednc

归根究底,中芯国际在7纳米制程的技术突破,更像是一个准7纳米(quasi-7nm)芯片制造制程,可能成为后续发展真正7纳米制程节点的垫脚石。如今,在这方面还缺少的一环是ASML的EUV技术,但该技术目前在中国的半导体晶圆厂中仍然被禁止使用。tQXednc

值得注意的是,在对EUV技术实施出口禁令后,有报导指称美国已与荷兰ASML和日本尼康株式会社(Nikon)接洽,同样要求停止向中国提供DUV设备。但这并不重要,毕竟中国的晶圆厂现在肯定已经购买足够数量的DUV机器了。基于DUV的微影技术自1980年代就已经存在。tQXednc

中芯国际显然一直在力争上游,追寻更小、更先进的芯片制造节点。尽管自2021年拥有28纳米制程技术以来已经走了很长一段路,但其未来的发展蓝图还充满着巨大的技术障碍。反思在其对良率、制造成本以及更重要的EUV技术禁运等顾虑,出货7纳米芯片只是朝此发展蓝图跨出重要的第一步。tQXednc

(参考原文:The truth about SMIC’s 7-nm chip fabrication ordeal,编译:Susan Hong )tQXednc

责编:Demi
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