从7nm到3nm GAA,三星全面采用EUV工艺

随着联电、格芯先后退出半导体先进工艺竞赛,目前仍有实力一争高下的,仅剩下台积电、三星和英特尔。就当前进展而言,台积电公布的7nm芯片已有50多款在流片,可算是遥遥领先。英特尔则仍苦苦挣扎于10nm。三星近年来逐渐将代工业务视为发展重点誓做“最受信任的代工厂”,并曾扬言要争取25%的代工市场,在今年其在美国、中国、日本等多地先后举办的三星代工论坛(SFF)上还公布了其7nm以后的最新工艺路线图,展示与台积电拼到底的决心。

 
紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography),常称作EUV光刻,它以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术。具体为采用波长为13.4nm 的软x 射线。 极紫外线就是指需要通过通电激发紫外线管的K极然后放射出紫外线。
 
按照三星的计划,2018年晚些时候会推出7nm FinFET EUV工艺,而8nm LPU工艺也会开始风险试产;2019年推出7nm的优化版,即5/4nm FinFET EUV工艺,同时面向RF射频、eMRAM等芯片的18nm FD-SoI工艺开始风险试产;2020年推出3nm EUV工艺,同时晶体管架构从FinFET转向GAA( Gate-All-Around)。三星将GAA视为7nm节点之后取代FinFET晶体管的新一代候选技术。
从7nm到3nm GAA,三星全面采用EUV工艺
由于台积电要到第二代7nm工艺N7+上才会使用EUV工艺,因此三星算是首家大规模量产EUV工艺,激进的三星在7nm工艺就直接上EUV,未来的5/4/3nm节点也会全面使用EUV工艺。
 
据悉,目前三星已经在韩国华城的S3生产线上部署了ASML的NXE3400 EUV光刻机,这条生产线是由原本的10nm工艺改造而来,EUV产能据称已经达到了大规模量产的标准。除此之外,三星还将新建一条EUV工艺专用的产线,计划在2019年底全面完成后,2020年实现EUV量产。
 
三星代工业务首席工程师Yongjoo Jeon在今年5月份的论坛上表示,三星将使用内部开发的EUV光罩检测工具,这是一个重要的优势,因为还没有类似的商业工具被开发出来。此外,三星也在开发EUV微影光阻剂,并有望在今年稍晚达到大规模量产要求的目标良率。
 
为何三星如此坚定地在其首个7nm就激进地采用EUV技术?据其表示,采用EUV是综合许多因素考虑的结果,包括EUV设备是否准备好,成本、多重曝光复杂性、保真度和间距缩放等。至少对三星自家的7nm而言,(栅极)间距可以控制在单次曝光,这使得整个光刻工艺流程减少了与曝光相关的大部分设计复杂性,例如涂色步骤对某些代工厂就是非常困难的一段制程。
从7nm到3nm GAA,三星全面采用EUV工艺
此外,传统多重曝光的诸多限制之一就是图案保真度,所见通常并不是所得。据三星表示,通过采用EUV,图案保真度比采用ArF多重曝光提升了70%。在版图设计方面,EUV可以简化布线,甚至在某些情况下可以较少过孔,极大的降低了设计复杂性。当然,EUV带来的好处远不止这些。
从7nm到3nm GAA,三星全面采用EUV工艺