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冷知識(shí):所謂的7nm芯片上沒(méi)有一個(gè)圖形是7nm的

2023/10/19
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最近因?yàn)槟持麌?guó)產(chǎn)品牌手機(jī)的高調(diào)回歸,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上燃起了一股關(guān)注國(guó)產(chǎn)7nm高端芯片的熱潮。

有意無(wú)意之間,我也看了不少網(wǎng)上關(guān)于國(guó)產(chǎn)自主7nm工藝的文章。不過(guò)這些文章里更多是抒情和遐想,卻很少有人針對(duì)技術(shù)本身做過(guò)深入解釋和探討。

當(dāng)然,關(guān)于國(guó)產(chǎn)7nm工藝技術(shù)的具體來(lái)源細(xì)節(jié),我其實(shí)了解也不多,也不方便公開(kāi)討論。但至少我覺(jué)得有必要寫(xiě)些文字給非半導(dǎo)體制造行業(yè)的人士講解一下,一般意義上所謂的7nm工藝到底是怎么回事。

首先簡(jiǎn)單明確一個(gè)事實(shí):正如我文章標(biāo)題所言,7nm工藝其實(shí)只是一個(gè)等效的說(shuō)法,實(shí)際上7nm芯片上所有層的最小線寬都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7nm。

上圖是我整理的ASML目前在售的各類光刻機(jī)的型號(hào)及技術(shù)指標(biāo)清單。從表中可見(jiàn),最先進(jìn)的DUV光刻機(jī) TWINSACAN NXT 2100i的最高分辨率只有38nm;而EUV光刻機(jī) 3600D的分辨率也只有13nm在晶圓廠的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,無(wú)論是用DUV加多重曝光或者是EUV(在7nm~5nm工藝中,EUV都只是單次曝光)都無(wú)法達(dá)到7nm的分辨率/CD值(半間距)

當(dāng)初FinFET工藝被采用后,雖然實(shí)際上圖形的線寬/分辨率并沒(méi)有大幅度提高,但由于晶體管的結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化以后,其整體尺寸是明顯微縮了。這就使得我們能夠在單位面積的晶圓上容納更多數(shù)量的晶體管。從效果的角度上,開(kāi)發(fā)者將其對(duì)比原有平面晶體管的密度來(lái)?yè)Q算出一個(gè)名義上的等效線寬:也就是我們一般所謂的14nm、7nm...從20nm開(kāi)始,所有晶體管都開(kāi)始采用FinFET工藝后(3nm開(kāi)始有了GAA等新技術(shù)),這個(gè)線寬就都完全是等效出來(lái)的了

不過(guò)這個(gè)等效的計(jì)算方式各家也有不同依據(jù),導(dǎo)致其中也有大量水分和貓膩。從下圖可見(jiàn),不同廠家所謂的同一工藝節(jié)點(diǎn)上,實(shí)際晶體管密度都不一樣

以7nm為例,TSMC和三星的晶體管密度都分別只有每平方毫米0.97和0.95億個(gè)晶體管,而英特爾的7nm則達(dá)到1.8億個(gè)。所以不是晶圓制造領(lǐng)域的專業(yè)認(rèn)識(shí)很容易被這些標(biāo)稱線寬所迷惑

那行業(yè)內(nèi)的人是用什么指標(biāo)來(lái)具體衡量一個(gè)工藝的實(shí)際情況呢?大家不妨看看下圖中,Techinsight做的兩家晶圓廠7nm工藝技術(shù)的參數(shù)對(duì)比:

怎么樣?如果您不是晶圓制造行業(yè)方面的專業(yè)技術(shù)人員,對(duì)于這些專有名詞會(huì)感到很陌生,甚至完全不知所云?

其實(shí)沒(méi)有關(guān)系,這些技術(shù)術(shù)語(yǔ)和指標(biāo)代表的意義也沒(méi)有那么復(fù)雜。如果能加以講解,也是一點(diǎn)就破的事情

遺憾的是,限于篇幅,我無(wú)法在本文里把這么多內(nèi)容一一解釋清楚。不過(guò)我還是整理了一個(gè)講解的資料,作為線上課程的內(nèi)容在月底給大家詳細(xì)講解一下

有興趣的朋友,請(qǐng)參考以下海報(bào)獲取詳細(xì)課程信息。掃描海報(bào)右下角二維碼就可以咨詢和報(bào)名:課程時(shí)間:10月31號(hào)?周二 晚上19:00~21:00


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