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「脑极体」6nm工艺的微观神话，于毫厘间雕刻5G的“神笔马良”


哪个小朋友没有幻想过 ， 拥有一支《神笔马良》那样的生花妙笔 ， 将自己的幻想纤毫毕现地还原成现实？
制造芯片的工程师 ， 就是这样的“当代马良” 。 哦不 ， 他们的任务更加艰巨 ， 需要在日渐缩小的画布（芯片）上 ， 建构起数亿人色彩斑斓的互联网世界 。
摩尔提出摩尔定律的时候 ， 电脑还像冰箱那样笨重 。 而从2013年 ， 移动芯片的需求首次超过了PC芯片 ， “更轻更薄更大”的智能手机 ， 让半导体厂商不得不开始在“画笔”（晶体管结构）、“画工”（互连技术与工艺控制）上不断自我颠覆 ， 不断逼近摩尔定律的极限值 。
2005年英特尔公司才将工艺能力从90nm提升到了65nm ， 而15年后的今天 ， 10nm甚至7nm制程的集成电路芯片制造技术 ， 已经毫无悬念 。
「脑极体」6nm工艺的微观神话，于毫厘间雕刻5G的“神笔马良”
本文插图
而5G商用的全面到来 ， 再一次对移动芯片的关键技术发出了挑战 。 但如果EUV光刻设备不能准备好 ， 挑战7nm以下制程就成为一个难以逾越的坎儿 。 而出乎意料的是 ， 率先打破僵局的不是市面上已经应用7nm工艺的高通、三星、联发科等厂商 ， 而是紫光展锐 。
2月26日 ， 紫光展锐发布的新一代5G SoC芯片虎贲T7520 ， 成为全球首个采用6nm EUV制程工艺的智能手机平台 。
我们知道 ， 在此之前的高端5G SOC芯片都还停留在7nm制程 ， 而在率先走到6nm节点的紫光展锐 ， 上一代计算产品则是12nm 。
这种“越级上位”现象 ， 就引发了我们的好奇 。 6nm所描绘出的5G会是怎样一番场景 ， 又将给手机芯片发展趋势带来哪些触动？
6nm的“神笔” ， 能描绘出怎样的5G？
在回答这个问题之前 ， 恐怕有必要先简单解释一下 ， 这只名为EUV的6nm“神笔” ， 究竟有何不同之处 。
摩尔定律下五十年的芯片技术发展 ， 不断推高了人类计算机技术的水平 ， 孕育出了移动互联网的机遇 ， 也带来了新的限制和难题 。
早在2012年 ， 楚庆就曾说过 ， 7纳米将成为一道工艺墙 ， 是半导体成本曲线的关键工艺拐点 。 而直到2018年 ， 大部分采用7nm技术制造厂商的良率都还没有达到理想状态 。
既然如此 ， 6nm是怎么实现的？EUV就顺势登场了 。
此前的16/14nm甚至7nm时基本上都可以使用同样的制造设备——即五次图形曝光技术(FP)来实现 。 而要向6nm以下进发 ， 传统工艺就有点扛不住了 。
我们知道 ， 芯片制造就像是用乐高积木盖房子 ， 借由一层又一层的堆叠 ， 搭建出一个复杂交错的“立体结构” 。 越细的刻刀自然能雕刻出更丰富的细节、更清晰的纹理 。
在很长一段时间 ， 这个复杂的建构过程 ， 都是由193nm的光源来完成的 。 但5G芯片的强大功能就要求在更小的面积上集成更多的晶体管 ， 所以波长13.5nm、接近X射线精度的极紫外光EUV就登场了 。
EUV的光源只有主流光刻机的十五分之一 ， 能够在硅片上刻下更小的沟道 。 有人形容 ， EUV的细致程度 ， 就好像从地球上发出的手电筒光线 ， 精准地照射到一枚月球上的硬币一样 。
「脑极体」6nm工艺的微观神话，于毫厘间雕刻5G的“神笔马良”
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搞懂了EUV ， 就能更好地理解6nm制程的展锐5G芯片虎贲T7520 ， 究竟改变了什么 。
从实验数据来看 ， 6nm相比7nm产品 ， 晶体管密度提高了18% ， 功耗降低8% 。 这对于广大的5G手机用户来说 ， 意味着三重价值：
第一 ， 5G手机性能更高 ， 而成本更低 。
据展锐的代工厂台积电反映 ， 6nm对于EUV的使用达到了一个更加成熟的新节点 。 这意味着良率更高 ， 芯片的价格也更低 。
举个简单的例子 ， 光刻机的工作原理 ， 是用光线照射硅片 ， 让未受掩模遮挡部分的光刻胶发生曝光反应 ， 这样才能将石英掩模上的电路图显影到硅片上 。 生产7nm芯片时 ， 采用的ArFi LE4 Patterning或是ArFi SAQP往往需要4次甚至更多的曝光才能完成 。 而EUV只需要1个光罩、1次曝光就搞定了 ， 可以直接降低大批量生产的成本 。


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