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芯片制程 芯片制造难不难:1,3nm只是文字科技,3nm其实就是23纳米

小编 2024-10-06 案例中心 23 0

芯片制造难不难:1、3nm只是文字科技,3nm其实就是23纳米

随着5G、人工智能、云计算等技术的快速发展,芯片行业变得愈发重要,而作为半导体行业的“心脏”,晶体管尺寸成为各大晶圆厂竞相追逐的焦点。我们常听到的7nm、5nm、3nm等工艺节点究竟代表什么呢?今天我们就来深入浅出地介绍一下这些芯片工艺,让大家能够轻松了解这一高深的技术领域。

以前英特尔老老实实地标注栅机,结果被各种吐槽。瞧瞧现在,英特尔也不老实啦。按它的标准应该一直就是 14++……了。实际上呀,咱们都清楚英特尔曾经是想严谨命名的,它还想保留那最后的一点倔强。所以呢,intel 的 14nm 足足打磨了 5 年。为啥呀?因为它发现自己工艺的提升跟晶体管、栅极对应不上,所以就干脆不改变工艺节点。正因如此,才有了intel 的 14nm 能跟台积电、三星的 10nm 相媲美的情况,intel 的 7nm 能和台积电的 5nm 、三星的 3nm 一较高下。2022 年末,台积电弄出了 3nm 工艺,半年前三星也搞出来了。一般来说,就英特尔在 10nm 工艺之前的标注还算准,后来台积电和三星这俩家伙,标注就是为了好宣传好卖货。实际上,同等工艺下,Intel 还是最棒的。

这等效 3nm 可不是说线宽哟,FinFET 之后,用原来多少 nm 线宽来描述工艺就不合适啦。这里面还有 fin、gate 的尺寸,东西可多着呢!得先讲讲啥叫等效工艺大家才能明白。比如说,一开始栅极到 28nm 或者 14nm 就差不多到极限了,要是工艺和设计图不行,成品处理速度才 10M/s,改进之后速度变成 20M/s,(说法而已,不严谨) -就敢号称 10nm 芯片啦(其实大多数栅极还是 28nm 呢)!还有啊,整个芯片有亿级数量的晶体管,里面有几个 7nm 的,嘿嘿,就敢号称几 nm 啦!

从150nm到3nm:工艺节点的演变

在芯片制造的早期,工艺节点与晶体管的栅极长度(Gate Length)是直接对应的。例如,在150nm的时代,芯片工艺节点就是150nm,晶体管的栅极长度也是150nm。然而,随着技术的进步,这种简单的对应关系逐渐被打破了。

进入130nm工艺节点时,晶圆厂开始采用等效工艺的概念。所谓等效工艺,即工艺节点的命名并不再直接反映栅极长度,而是反映出晶体管密度和性能的提升。例如,28nm工艺节点的实际栅极长度可能是65nm左右,14nm工艺节点的实际栅极长度可能小于30nm。

3nm工艺背后的真相

近期,全球领先的光刻机制造商ASML在公布其EUV(极紫外光刻)光刻机路线图时,揭示了各大晶圆厂的实际工艺数据。ASML的数据显示,当前所谓的3nm工艺,实际的金属半节距(Metal Pitch)约为23nm,1nm工艺的金属半节距约为18nm。

那么,为什么3nm工艺节点的实际金属半节距会是23nm呢?

首先,我们需要了解金属半节距的概念。金属半节距是指相邻金属线之间的距离的一半,它是衡量芯片工艺精细程度的重要指标。传统的栅极长度(Gate Length)只反映了晶体管的一个维度,而金属半节距则涵盖了更多的细节,如晶体管之间的互连和整体布局。

其次,光刻技术是影响金属半节距的关键因素。目前的EUV光刻机采用13.5nm波长的光刻光源,根据光刻原理,光源波长必须小于要刻蚀的图形尺寸才能实现精确刻蚀。因此,当前EUV光刻机能够实现的最小图形尺寸约为13.5nm,而3nm工艺节点的实际金属半节距为23nm就变得可以理解了。

根据ASML的PPT,我们来复盘总结下关键数据:

N3(3nm工艺)实际对应的金属半节距为23nm。

N2(2nm工艺)实际对应的金属半节距为22nm。

A14(1.4nm工艺)实际对应的金属半节距为21nm。

A10(1nm工艺)实际对应的金属半节距为18nm。

A7(0.7nm工艺)实际对应的金属半节距为18-16nm。

A2(0.2nm工艺)实际对应的金属半节距为16-12nm。

尽管3nm、1nm等工艺节点并不代表实际的物理尺寸,但这些节点名称仍然具有重要意义。它们大致反映了晶体管的密度和性能水平,同时也是市场营销的重要工具。了解这一点后,我们可以更理性地看待各大厂商的宣传。

ASML的EUV光刻机:推动芯片工艺进步的关键

ASML是全球唯一一家能够生产EUV光刻机的公司。EUV光刻机的问世,使得7nm及以下节点的芯片制造成为可能。2023年底,ASML向英特尔交付了首套High NA EUV光刻机,其数值孔径(NA)从标准EUV光刻机的0.33提升至0.55。这一提升使得光刻机的分辨率从13nm提高到8nm,大大提升了制造精度和生产效率。

未来,High NA EUV光刻机将支持2nm芯片的量产,到2029年有望支持1nm芯片的量产。更为先进的Hyper-NA EUV光刻机也正在研发中,预计将进一步推动芯片工艺的进步。

虽然中国目前尚未掌握最先进的EUV光刻机技术,但依靠现有的DUV(深紫外光刻)光刻机,已经能够满足中低端芯片的市场需求。DUV光刻机的成熟应用,使得28nm及以上节点的芯片制造得以顺利进行。通过多重曝光技术可以造出等效工艺7nm的芯片。

通过以上介绍,我们了解到所谓的3nm、1nm工艺节点并不代表实际的物理尺寸,而是反映了晶体管密度和性能的提升。同时,ASML的EUV光刻机是实现这些先进工艺节点的关键设备。当然,制造自己的EUV光刻机是中国半导体行业的目标。尽管这一过程可能需要较长时间,但随着技术的不断积累和突破,我们有理由相信,中国在未来将具备自主研发和生产EUV光刻机的能力。

从iPhone18聊聊,芯片工艺制程为何这么重要呢?

听说苹果要将大招给iPhone18,并且使用2nm台积电工艺。确实让我们有点意外,也让我们会不自觉的考虑:为何芯片工艺制程到底如此重要呢?

芯片工艺制程是指制造芯片时采用的技术标准,它直接影响到芯片的性能、功耗、材料成本和便携性等方面。随着工艺制程的提升,芯片的集成度不断提高,晶体管数量不断增加,从而显著增强了芯片的运算能力。这意味着更高效的处理速度,更快的存储访问速度,以及更大的存储容量,对于处理大量数据和未来AI技术的发展趋势尤为重要。

功耗问题一直是智能手机用户关注的焦点。芯片工艺制程的进步,能够有效降低功耗,减少发热问题,从而延长手机的续航时间。对于追求高效能的用户来说,这无疑是一个非常吸引人的优势。此外,能效比的提升也意味着用户可以在更短的时间内完成更多的任务,提高工作和娱乐的效率。

从成本控制的角度来看,提升晶体管密度可以显著减少材料的使用量,从而降低生产成本。这对于手机厂商来说是非常重要的,因为它直接关系到产品的价格和市场竞争力。同时,芯片尺寸的缩小也为手机的设计提供了更多可能性,使得手机可以变得更轻薄,更便于携带。

以苹果为例,苹果公司一直以来都非常注重芯片工艺制程的研发和创新。从A系列芯片到M系列芯片,每一次技术更新都带来了显著的性能提升和功耗优化。这不仅提升了用户体验,也为苹果公司赢得了市场的广泛认可。对于iPhone 18来说,台积电2nm芯片工艺制程的应用无疑将使其成为一款具有划时代意义的产品。

所以说,芯片工艺制程对于手机本身的性能、功耗、材料成本和便携性等方面都有着重要的影响。随着技术的不断进步,我们可以预见,未来的手机将会更加强大,更加智能,同时也会更加环保和节能,期待iPhone18……

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