5nm怎样给摩尔定律续命？巨头开打制程之战2.0，祭出三大杀器

▲ASML生产的第四代EUV光刻机

现阶段，大多数芯片厂商使用的是一种名为深紫外光（DUV，Deep Ultra Violet）的技术，波长193nm。

随着芯片制程的不断演进发展，晶体管的面积和密度愈发接近物理极限，特别是从7nm开始，DUV技术在制造芯片是将会产生严重的衍射现象，摩尔定律的发展从设备上就已面临瓶颈。

在这一趋势下，从上个世纪就开始研发的极紫外（EUV，Extreme Ultraviolet Lithography）技术又重新被业界寄于重望。

EUV是一种采用13.5nm长的极紫外光作为光源的光刻技术，对光照强度、能耗效率和精度等都有极高要求。

虽然在7nm阶段，EUV还不是必备技术，但随着制程的推进，业界普遍认为它将是5nm以下制程的必备工具。

目前，全球仅有荷兰ASML唯一一家公司掌握着高端光刻机的核心技术，可生产EUV光刻机。但EUV光刻机的成本十分昂贵，每台售价高达1.2亿美元，几乎是DUV光刻机价格的2倍。

3、半导体材料：光刻胶成摩尔定律重要突破口

有了新的核心工艺和EUV光刻机就能万事大吉？并不是。

有业内人士提到，推进摩尔定律在5nm以下的发展，并不能单纯依靠核心工艺的创新与EUV设备的加持。从材料角度来说，光刻胶等半导体材料的创新也是制程演进的关键所在。

今年7月1日，日韩之间的半导体材料大战爆发，韩国用于制造半导体和零部件设备的光刻胶、高纯度氟化氢和含氟聚酰亚胺三大半导体材料，均遭到日本的出口限制，对韩国部分重要的产业发展造成了不小的影响。

光刻胶则是这三类半导体材料中的重中之重。

在芯片制造过程中，曝光、显影和刻蚀等重要工艺步骤都与光刻胶有关，耗时占总工艺时长的40%至60%，成本也占整个芯片制造成本的35%。

不难看出，半导体材料之争也是一场硬实力的比拼。

那么，在芯片制程演进过程中，半导体材料应用有何不同？新旧材料的分水岭又在哪？

芬兰半导体材料公司Pibond的资深业务总监许庆良告诉智东西，这主要可分为有机光刻胶和无机光刻胶的两个使用阶段。

有机光刻胶主要用于90nm到7nm的芯片制造中，但随着制程推进到5nm到3nm左右时，将开始需要无机光刻胶。

这两者最大的区别在于碳物质。

如果在5nm至3nm左右的芯片制造中继续采用有机光刻胶，那么，当光刻机将电路结构转印到感光材料上时，光刻胶被曝光的部分将会变得非常模糊，这会严重影响后续显影和刻蚀等工艺步骤的质量。

在他看来，5nm至3nm制程左右不仅是光刻胶材料新旧交替的一个大节点，亦是芯片制程在5nm后续演进中的一个重要突破口。

作为推进芯片制程发展的一大关键，新半导体材料是否能打破摩尔定律的桎梏呢？

这个问题，许庆良并未给出明确的答案。但他思考了几秒后，笃定地说：“材料一定是半导体未来发展的关键。”

他谈到，美国曾有一位著名的半导体材料巨头表示，在未来半导体行业发展中，他将会把10%的成本投入在设备和硬件部分，而剩下的90%则将投入在材料中。

“所以未来要让摩尔定律走下去，突破口一定是在材料，而不是设备。”许庆良说。

▲晶圆光刻工艺流程图

结语：摩尔定律不死，制程之战不息

不难看出，5nm所点燃的新一轮制程之战，不仅是一次制程的转折点，也将是一场工艺、设备与材料的质的飞跃。

就目前看来，台积电和三星的5nm战局预热仍在紧张筹备中，并在未来还有双方老对手英特尔意欲入局。虽然三星率先提出了推进3nm制程工艺的解决方案，但这是否是雨声大雨点小我们还不得而知。

与以往不同的是，这场制程之战的战火也将不再局限于代工厂或是芯片厂商之间的竞争，它亦将烧到更上游的半导体材料厂商、光刻机设备，甚至是学术界和产业界的新工艺研发中。

因此，决定这场制程战胜负的，不再单纯是设备与制程技术，随着工艺和材料都双双接近极限点，能否最先实现工艺和材料的质变，也成为了芯片厂商们的胜利王牌。

那么，经历了5nm之后，制程之战的演进是否又会随着摩尔定律的缓慢发展而逐渐消亡？

倒也未必，因为在此之前，不管是学界还是业界都早已投入了巨大成本，只为从中撬出一个新的突破口。只要摩尔定律未死，制程之战的烽烟也将会延绵不息地传递下去。

摩尔定律从爆发冲刺到蹒跚前进，这场制程之战2.0所点燃的全产业链战局，是否能挣脱摩尔定律的桎梏？让我们拭目以待。

（编辑：52刷机网）

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