所謂的7nm芯片上沒有一個(gè)圖形是7nm的

最近網(wǎng)上因?yàn)?a target="_blank">光刻機(jī)的事情，網(wǎng)上又是一陣熱鬧。好多人又開始討論起28nm/7nm的事情了有意無意之間，我也看了不少網(wǎng)上關(guān)于國產(chǎn)自主7nm工藝的文章。不過這些文章里更多是抒情和遐想，卻很少有人針對(duì)技術(shù)本身做過深入解釋和探討當(dāng)然，關(guān)于國產(chǎn)7nm工藝技術(shù)的具體來源細(xì)節(jié)，我其實(shí)了解也不多，也不方便公開討論。但至少我覺得有必要寫些文字給非半導(dǎo)體制造行業(yè)的人士講解一下，一般意義上所謂的7nm工藝到底是怎么回事

首先簡單明確一個(gè)事實(shí)：正如我文章標(biāo)題所言，7nm工藝其實(shí)只是一個(gè)等效的說法，實(shí)際上7nm芯片上所有層的最小線寬都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7nm

上圖是我整理的ASML目前在售的各類光刻機(jī)的型號(hào)及技術(shù)指標(biāo)清單。從表中可見，最先進(jìn)的DUV光刻機(jī) TWINSACAN NXT 2100i的最高分辨率只有38nm；而EUV光刻機(jī) 3600D的分辨率也只有13nm在晶圓廠的實(shí)際生產(chǎn)過程中，無論是用DUV加多重曝光或者是EUV（在7nm~5nm工藝中，EUV都只是單次曝光）都無法達(dá)到7nm的分辨率/CD值（半間距）

當(dāng)初FinFET工藝被采用后，雖然實(shí)際上圖形的線寬/分辨率并沒有大幅度提高，但由于晶體管的結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化以后，其整體尺寸是明顯微縮了。這就使得我們能夠在單位面積的晶圓上容納更多數(shù)量的晶體管。從效果的角度上，開發(fā)者將其對(duì)比原有平面晶體管的密度來換算出一個(gè)名義上的等效線寬：也就是我們一般所謂的14nm、7nm...從20nm開始，所有晶體管都開始采用FinFET工藝后（3nm開始有了GAA等新技術(shù)），這個(gè)線寬就都完全是等效出來的了

下圖是Intel官方資料里晶體管密度的標(biāo)準(zhǔn)算法。通過晶體管密度就可以等效換算工藝節(jié)點(diǎn)的nm數(shù)了

不過這個(gè)等效的計(jì)算方式各家也有不同依據(jù)，導(dǎo)致其中也有大量水分和貓膩。從下圖可見，不同廠家所謂的同一工藝節(jié)點(diǎn)上，實(shí)際晶體管密度都不一樣

以7nm為例，TSMC和三星的晶體管密度都分別只有每平方毫米0.97和0.95億個(gè)晶體管，而英特爾的7nm則達(dá)到1.8億個(gè)。所以不是晶圓制造領(lǐng)域的專業(yè)認(rèn)識(shí)很容易被這些標(biāo)稱線寬所迷惑

那行業(yè)內(nèi)的人是用什么指標(biāo)來具體衡量一個(gè)工藝的實(shí)際情況呢？大家不妨看看下圖中，Techinsight做的兩家晶圓廠7nm工藝技術(shù)的參數(shù)對(duì)比：

來源：半導(dǎo)體綜研