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芯片制造三巨头的次世代光刻技术战略对比分析FPGACPLD万芳

发布时间:2020-02-14 11:55:23 阅读: 来源:冷缠带厂家

芯片制造三巨头的次世代光刻技术战略对比分析 - FPGA/CPLD - 电子工程网

Globalfoundries,台积电以及Intel三家在光刻技术方面的策略各有不同。其中台积电一直对无掩模的电子束直写技术最为热衷,但是他们最近对EUV技术的态度忽然变得热烈起来。而Intel则对EUV技术十分看重,将其视为下一代光刻技术的首选(Intel的EUV投入量产时间点大概也定在2015年左右,而具体对应的制程节点则可能会在10nm及更高等级 ),当然两家公司对电子束直写以及EUV也均有投入研究力量,但是侧重点则有所不同而已。相比之下,Globalfoundries则与台积电对比鲜明,他们对EUV技术显得非常热衷,不过他们对电子束直写的态度最近开始变得热烈起来。

传统的光刻技术领域,台积电主要使用ASML生产的光刻机,而Globalfoundries则脚踩ASML/尼康两只船。自从45nm节点起,Globalfoundries便一直在使用193nm液浸式光刻机,他们认为193nm液浸式光刻技术至少可以沿用到20nm节点。相比之下Intel则32nm节点起才开始使用193nm液浸式光刻机,此前使用的是193nm干式光刻技术,Intel曾经表示过准备把193nm液浸式光刻技术沿用到10nm节点。

Globalfoundries的次世代光刻技术攻略详述:20nm节点两种光刻技术可选??

GlobalfoundriesEUV技术的热衷程度与台积电形成了鲜明的对比。去年Globalfoundries跳过ASML的预产型EUV光刻机,直接订购了ASML的量产型EUV设备。据Globalfoundries高管Harry Levinson介绍,他们计划在20nm节点为用户提供分别采用两种不同光刻技术的选择。

第一个选择是使用193nm液浸式光刻+双重成像技术(以下简称193i+DP)制造的20nm制程产品,另外一个选择则是使用EUV光刻技术制造的20nm制程产品。

据Harry Levinson表示,理论上讲,193i+DP的光刻速度相对较慢,成本也相对较高,不过EUV光刻技术则急需解决曝光功率,掩模方面的问题。

Globalfoundries的计划是2012年安装自己从ASML订购的量产型EUV光刻机,并于2014-2015年开始将EUV光刻技术投入量产。不过按照计划,Globalfoundries会在2013年推出基于22/20nm制程的芯片产品。这样推断下来,至少在Globalfoundries将EUV光刻机投入量产的2014年前,他们的20nm制程产品只能使用193i+DP技术来制造。

不过Levinson并没有透露20nm节点之后Globalfoundrie在量产用光刻技术的布局计划,但令人稍感意外的是,他们最近似乎开始热衷于研究电子束直写等无掩模型的光刻技术。对小尺寸晶圆以及ASIC即专用集成电路器件而言,无掩模技术显得更适合作为下一代光刻技术使用。

台积电的次世代光刻技术攻略详述:16nm节点还是未知数

与Globalfoundrie类似,台积电也在40nm节点开始使用193i光刻技术,台积电计划将这种技术沿用到28/20nm节点,至于16nm节点,台积电则表示还在评估193i+DP,EUV以及无掩模光刻这三种技术的优劣。

台积电过去对EUV技术的热乎劲一直不是很高,但是最近由于在无掩模光刻技术的研发上遇到一些困难,因此他们似乎又开始重视这种技术。台积电纳米成像部的副总裁林本坚表示:“台积电16nm制程节点会是EUV或者无掩模光刻技术的二选一。而最终哪项技术会胜出则取决于其‘可行性’。”

台积电不准备脚踏两只船,同时走EUV和无掩模技术两条路。他们曾一度大力支持无掩模技术的发展,并曾积极投资无掩模技术的设备厂商 Mapper Lithography,后者还曾在台积电的研究设施中安装了一台5KeV功率的110-beam电子束光刻设备,并使用这台机器成功造出了20nm制程级别的芯片。不过这台机器仍为“Alpha”试验型产品,不适合做量产使用。

但台积电最近在光刻战略上有了较大的转变,他们最近从ASML那里订购了一台试产型NXE:3100 EUV光刻机,这台光刻机将在今年早些时候安装到台积电的工厂中, 林本坚为此表示:“EUV技术的研发资金投入状况更好一些,不过我们担心研发成本问题。”

另外,台积电也对EUV在曝光功率方面的问题表示担忧。当然无掩模电子束光刻技术也碰上不少问题,比如如何解决数据量,产出量问题等。有人认为Mapper公司可能还需要再凑足3一美元左右的资金才可以开发出一台量产型的电子束直写设备。

那么台积电在16nm节点究竟会采用哪一种次世代光刻技术呢?这个问题目前还得不出明确的答案。不过如果从各项技术所获得的资源支持来看,EUV获选的可能性似乎是最大的。林本坚表示:“这就像是一场龟兔赛跑,而富有的一方则是那只兔子。”他还表示:“我们已经开始关注这个问题。”同时他还不无讽刺地表示,虽然市面上有许多研发无掩模光刻技术的厂商,但Globalfoundries目前还没有找到能够符合其要求的解决方案。

附1:Intel:极远紫外光刻恐将错过10nm工艺

Intel近日亲口承认,备受关注的极远紫外光刻(EUV)技术可能又要推迟了,要赶不上10nm工艺这一里程碑步骤希望渺茫。Intel目前的计划是在14nm工艺上扩展193nm沉浸式光刻技术,预计2013年下半年实现,然后2015年下半年进步到10nm工艺,同时首次启用EUV技术。尽管10nm工艺看起来还非常遥远,但是Intel已经开始制定相关的设计规则了,EUV则很可能将错过这场盛宴。尼康公司赞助的LithoVision光刻技术大会上,Intel光刻技术主管Sam Sivakumar坦白地承认:“EUV迟到了,赶不上10nm工艺设计规则的定义。”

尽管如此,Sivakumar还是说EUV仍然有很大的机会与10nm工艺肩并肩登场,前提是相关的制造设备能再2012年下半年供货。就算是那样,EUV也只能赶上末班车。

Intel EUV光刻设备的供应商将在荷兰ASML Holding NV、日本尼康之间选择。据报道,ASML已经向Intel出货了一套预产型EUV光刻设备,型号“NXE:3100”,使用了Cymer Inc公司的光源。尼康则正在日本总部和Selete研发组织设计Alpha测试阶段的EUV光刻机。如果一切顺利,两家公司今年或者明年都能出货全功 能、量产型的EUV设备。

EUV极远紫外光刻是下一代半导体光刻技术,最初计划用在65nm工艺阶段,但因为种种原因而一再推迟,半导体厂商将不得不先行采用成本昂贵的双层图案光刻技术,比如Intel就会在14nm工艺上启用名为两次曝光(pitch splitting)的双层图案技术,同时也希望能在14nm工艺上开始进行EUV试验,但不知道是否来得及。

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