日媒:中芯国际可以绕过美国管制获得EUV光刻机及其他设备生产10纳米以下节点

2021-01-04 12:11:58 来源:EETOP
12月18日 美国将中芯国际列入EL实体清单,被列入实体名单后,按照要求,美国出口商向中芯国际出口产品或技术时,需要向美国商务部申请该公司的专有许可证,这将限制中芯国际获得某些美国技术的能力。美国商务部指出,在先进技术节点(10纳米及以下)生产半导体所需的必须物品将被直接拒绝出口,以防止这种关键的技术支持中国的军民融合工作。

日本媒体jbpress发表观点,认为美国的管制并不能阻止美国制造的设备向中芯国际的出口以生产10纳米及以下节点。而对于荷兰ASML EUV光刻机,也有一种绕过EL的方法。 

中芯国际逻辑半导体小型化水平

首先,我们来看看中芯国际的逻辑半导体小型化水平。图1是研究机构TrendForce在2020年9月公布的台积电,三星,中芯国际小型化路线图。

图1

走在小型化前沿的台积电,2018年推出了不使用EUV的7nm,2019年实现了使用EUV的7nm+的量产,EUV是荷兰ASML公司历时20多年研发的最先进的光刻系统。本年2020年,同样利用EUV进行互连的5nm问世。明年2021年,3nm的风险生产也将开始,2022年,预计将开始全面量产。 

作为半导体存储器的冠军,三星电子制定了 "愿景2030 "的目标,要在2030年在晶圆代工领域超越台积电,并将在2018年推出8nm,2019年推出使用EUV的7nm,今年推出5nm。但与台积电相比,很难说他们已经掌握了EUV的运用,7nm和5nm的量产规模也比台积电小得不可同日而语。 

而中芯国际则由2017年从三星招募的梁梦松担任联席CEO,大力推动微型化,2019年成功实现14nm研发,今年2020年Q1,14nm将占到总出货量的1.3%(图2)。中芯国际被认为已经在12nm和不使用EUV的7nm(图1中的 "N+2")进行了研发,但尚未达到量产。

图2 SMIC每个技术节点的出货额比例( 2020年Q1)

至少,中芯国际要到2020年第三季度才开始出货14纳米及以后的产品(图3)。此外,如图2所示,在2020年第一季度之前,中芯国际都是通过区分28nm和14nm来公布出货价值的比例,但从今年第二季度开始,中芯国际就开始公布28nm和14nm的总出货价值的比例,所以甚至不清楚14nm的比例增加了多少。

图3 SMIC每个技术节点的出货额比例(~ 2020年Q3)

是否有10纳米及以下的制造设备?

图4显示了各公司半导体晶圆厂所需制造设备的比例,在10多种制造设备中,只有ASMLEUV,最先进的光刻系统和EUV的掩膜检测设备可以确定为10纳米及以下的制造设备。其他设备没有 "适用于10纳米及以下"的特别规定。

图4:半导体生产设备各公司市场份额(2019年)

黄色:欧洲,绿色:美国,蓝色:日本。

例如,从半导体的基本制造工艺来看(图5),光刻曝光设备由于其分辨率的限制,有针对 "10nm以下 "的EUV,但如果问成膜设备中是否有针对 "10nm以下 "的专用设备,如CVD和溅射设备,干蚀刻设备,清洗设备等?我们认为应该是没有的。

图5 基本的半导体制造工艺

同样的硬件可以用于28纳米,14纳米和7纳米的沉积,蚀刻和清洗设备(尽管在工艺条件上可能有一些差异)。目前还没有专门为7nm设计的CVD设备或干式蚀刻设备。 

因此,美国制造设备制造商AMAT,Lam,KLA向中芯国际出口设备时,可以向美国商务部申请,说 "这个制造设备是给14纳米用的", 这样一来,美国设备制造商就可以毫无障碍地将其设备出口到中芯国际。 

美国商务部部长威尔伯-罗斯(WilburRoss)在《捷报》商业简报引用的文字中写道:"这是防止中芯国际利用美国制造的技术提高中国先进技术水平的自然措施。"但这一EL无法阻止中芯国际利用美国制造的设备生产10纳米及以下的半导体。 

事实上,台积电在2018年不使用EUV的情况下量产7nm,三星也在同年生产8nm;即使不使用EUV,图6所示的自对准双图案(SADP)和重复两次这种SADP的自对准四图案(SAQP)也是可以实现的。SAQP(Self-Aligned QuadruplePatterning),重复两次SADP,可用于量产7nm级半导体。该工艺中使用的CVD设备,ALD(原子层沉积)设备,蚀刻设备和其他设备将与28纳米和14纳米使用的设备相同。

图6 自对齐双图案(SADP)

(注)ALD是原子层沉积的缩写,广义上包含在CVD中。

EUV光刻机也有办法

美国商务部最近对中芯国际的EL实施了出口限制,但并没有停止出口任何美国制造的制造设备。那么,EL是否会对7nm及以后(如5nm)必不可少的最先进光刻设备EUV起到出口管制的作用呢?结论是有办法绕过!

图7显示了一种EUV光刻系统的基本配置,该系统包括激光激发等离子体光源(以下简称光源),照明光学器件,反射掩模,投影光学器件和晶圆级等EUV的功能模块。 

EUV的一个核心部件是他的光源系统,ASML采用的是其下属公司美国Cymer制造的光源。美国政府向荷兰政府施加压力的结果,ASML无法向SMIC供货EUV。其原因之一,是美籍企业Cymer制造EUV极其重要的模块——光源。今后ASML也不能向SMIC出口采用了Cymer制造的光源的EUV

不过,还有一家公司可以生产EUV光源。这就是日本的Gigaphoton公司。遗憾的是,台积电和三星目前用于7-5nm量产的EUV光源并非来自Gigaphoton,而是来自Cymer。

ASML用Gigaphoton光源替代其EUV光源也不是不可能。这是因为Gigaphoton最初开发了Cymer在其EUV光源中使用的"预脉冲 "技术,可以用激光分两级照射锡滴。 

如果Gigaphoton的光源用于EUV光刻设备,不会违反美国商务部的EL,因此ASML可能会将EUV运到中芯国际。 

结论

美国商务部于12月18日将中芯国际列入EL名单,但这一出口法规是禁止10纳米以下设备的出口。并没有阻止AMAT,Ram和KLA等美国制造设备的出口。因此,中芯国际充分利用SADP和SAQP来量产7nm半导体是可能的。此外,如果光源换成日本Cymer公司的Gigaphoton,ASML将可以向中芯国际出口EUV

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