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押注2nm!英特尔26亿抢单下一代 EUV光刻机,台积电三星决战2025!

Hobby观察 来源:电子发烧友网 作者:梁浩斌 2022-06-29 08:32 次阅读
电子发烧友网报道(文/梁浩斌)近期,2nm工艺被几大晶圆代工厂推到了风口浪尖处,台积电、英特尔三星都在推进2nm的计划,而距离他们2025年的量产计划还有三年时间,装备大战就已经提前展开了。

芯片制造离不开光刻机,特别是在先进制程上,EUV光刻机由来自荷兰的ASML所垄断。同时,尽管目前市面上,EUV光刻机客户仅有三家,但需求不断增加的情况底下,EUV光刻机依然供不应求。

针对后3nm时代的芯片制造工艺,High-NA(高数值孔径)EUV光刻机是目前的最佳选择。在最近的2022国际光学工程学会SPIE上,ASML介绍了High-NA EUV原型系统的最新进展,旗下第一款High-NA EUV系统TWINSCAN EXE:5000(镜头数值孔径从0.33NA升级至0.55NA)会在2023年在实验室中安装,原型机有望2023年上半年完成,并进行测试。EXE:5000系统将会在2024年交付,而下一代的量产型EXE:5200系统则在2025年左右交付使用。

英特尔豪砸26亿,提前4年抢单,布局晶圆代工

英特尔在10nm的工艺节点上的大幅延误,导致在过去几年间,先进制程节点上大幅落后于台积电以及三星两家晶圆代工厂。而去年英特尔宣布大举进入晶圆代工领域,起步明显要比台积电三星晚不少。短短几年间,英特尔从以往几十年中的领先者,转变为追赶者的角色。

目前Intel 10和Intel 7的制造工艺上都没有使用EUV光刻机,按照计划,英特尔会在Intel 4工艺上首发EUV工艺,首款产品会是2023年上市的14代酷睿Meteor Lake处理器。据爆料,英特尔已经在俄勒冈州的D1X晶圆厂配备10-12台EUV光刻机,同时英特尔在今年年初也表示将在俄勒冈州工厂引进ASML下一代High NA EUV光刻机。

英特尔在年初还宣布,已经向ASML预定了一台仍在设计中的下一代High NA EUV光刻机EXE:5200,英特尔也是全球第一家下订单的公司。据KeyBanc的预测,一台0.55NA的EUV光刻系统,仅成本就接近3.2亿美元,约21.4亿人民币,最终售价可能高达4亿美元(26.7亿人民币)。作为对比,目前ASML正在出货的EUV光刻机成本为1.5亿美元左右。

虽然交付时间要到2025年,但ASML今年第一季度财报中显示,已经收到多份EXE:5200的订单,5月订单还继续增加中。根据官方透露,目前ASML的EXE:5200光刻机已经有三个逻辑芯片客户和两个DRAM内存客户订单,那么按照目前有需求的厂商,三个逻辑芯片客户必然是英特尔、台积电和三星了,不过目前被确认的订单,只有英特尔。

英特尔作为ASML第一个High NA EUV光刻机的客户,与ASML进行了深度合作,而按照英特尔的计划,最先采用High NA EUV技术的是Intel 18A(1.8nm)节点,预计在2025年量产,时间正是EXE:5200交付的节点。

这被视为英特尔在晶圆代工领域上的一次豪赌。英特尔CEO基辛格已经在此前确认了18A制程将会提供晶圆代工服务,他甚至表示Intel 3和Intel 18A两代制程都已经找到了客户,有消息称英特尔第一批20A和18A制程的客户是高通亚马逊


2025晶圆代工大乱斗,英特尔能后发制人?

英特尔之外,三星早已对台积电虎视眈眈,在3nm、2nm等节点上,三星的路线图都要相比台积电更早。甚至在上周,有韩媒放出消息称,三星将在近日宣布3nm量产,而台积电的计划是今年下半年才开始生产。更重要的是,三星在3nm节点上较为激进地放弃了FinFET架构,而是采用了GAA晶体管架构,同时为了抢先台积电完成3nm工艺量产,三星还直接从5nm直接过渡至3nm,跳过了4nm。

在2nm节点上,三星也保持着与台积电一致的步伐。三星晶圆代工业务的负责人曾表示,他们在按照计划推进2nm工艺,并在2025年下半年量产,希望通过技术上的飞跃来缩小与台积电的差距。

但三星今年的晶圆代工业务,深陷良率造假的负面消息中,据称高通等大客户已经将其在三星的部分订单重新转移回台积电,这使得三星未来的代工业务蒙上了一层阴影。

而台积电较为稳扎稳打,在3nm制程上继续为FinFET“续命”。尽管沿用原有的晶体管架构,但台积电在材料方面,或许会有新技术的应用。据了解,台积电正在研究的新材料包括二硫化钨(WuS2)和碳纳米管等二维材料。这些二维材料能够更有效地移动电子,并让芯片实现更节能的计算。

二维材料的应用也是为了解决晶体管微缩后带来的量子效应,解决漏电发热、提升芯片能耗,并减小芯片面积。相比于当前的硅材料,二维半导体材料天生更适用于2nm及之后的先进制程,二硫化钨和碳纳米管是目前最具代表性的二维材料。

另一方面,在台积电6月举办的技术论坛上,台积电研发资深副总经理表示公司将在2024年引进ASML的High-NA EUV光刻机。同时,台积电的2nm节点量产时间也在2025年。

在引入High NA EUV后,英特尔在产能、良率等方面会有更大的提升。如果能够如期2025年实现量产,那么相比于同期台积电、三星的2nm工艺,英特尔在Intel 18A上引入的独有技术,或许能够在尖端晶圆代工领域,实现技术反超。

英特尔在Intel 20A工艺上采用了两大独家技术:RibbonFET和PowerVia。RibbonFET是英特尔对GAA晶体管的实现形式,进入3nm以下节点,FinFET的晶体管架构已经不适合应用了,当FinFET结构中的鳍片(Fin)宽度达到5nm(在3nm节点下)就已经接近物理极限。所以英特尔RibbonFET技术取代了FinFET,加快了晶体管开关速度,同时实现多鳍结构相同的驱动电流下占用空间更小。

PowerVia则是英特尔推出的业界首个背面电能传输网络,通过消除晶圆正面供电布线需求来优化信号传输。有意思的是,目前台积电透露的N2工艺中也采用了类似的背面配电线路(backside power rail)。

而2025年,如果一切顺利的话,台积电、三星、英特尔将在2nm节点中,第一次站在了同一起跑线上,同时从FinFET转向GAA、同时采用最新的光刻机等等,届时比拼的就是相关产业链比如光刻胶、掩膜版、各种新材料、封装结构等的配套。英特尔能否完成后发制人?台积电的霸主地位会受到怎样的冲击?三年后见分晓。
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