華為5G晶片都靠它？台積電7nn EUV工藝正式商用

晶圓代工龍頭台積電近日宣布，其領先業界導入極紫外光（EUV）微影技術的N7+製程已協助客戶產品大量進入市場。

導入EUV微影技術的N7+製程奠基於台積電成功的7nm製程之上，並為6nm和更先進位程奠定良好基礎。

據悉，蘋果及華為海思均已採用N7+製程量產晶片並採用在新一代智能型手機中。

台積電7nm+大量供貨：近40年終於實現EUV光刻

台積電在10月8日正式宣布，採用EUV光刻技術的N7+(7nm+)工藝已經大批量供應客戶，這將是台積電乃至全產業首個商用EUV極紫外光刻技術的工藝。

台積電沒有公布具體採用7nm+工藝的客戶名單，目前唯一可以確認的就是麒麟990 5G將採用7nm+工藝，AMD下一代Zen 3架構一直標註為7nm+工藝。

EUV光刻採用波長為10-14nm的極紫外光作為光源，可使曝光波長直接降到13.5nm，研發推動更先進工藝。

據悉，EUV光刻技術早在20世紀80年代就已經研發出來，最初計劃用於70nm工藝，但光刻機指標一直達不到需求，加之成本居高不下，晶片廠商不得不引入沉浸式光刻、雙重乃至多重曝光來開發新工藝。

按照台積電的說法，EUV光刻機已經能穩定輸出日常生產需求的250W功率，完全滿足現在及未來新工藝的需求。

台積電同時表示，7nm+是台積電史上最快量產的工藝之一，在第二季度量產開始，良品率迅速達到已量產1年多的7nm工藝的水平。

與7nm相比，7nm+可為產品帶來15-20%的電晶體密度提升，並改進功耗控制。

台積電接下來還將奔向6nm、5nm、3nm、2nm，其中6nm(N6)相當於7nm的升級版，設計規則完全兼容，繼續採用EUV技術，電晶體密度比7nm提升18%，預計2020年第一季度試產，年底量產。

三星7nm工藝也在引入EUV，不過進展相比台積電要落後很多。

EUV登場：為摩爾定律再續一秒

眾所周知，集成電路的密度隨著製程工藝的改進而提升。

無論是哪家廠商設計應用於哪種設備，晶片工藝改進都在讓設備進步，其中關鍵的指標便是電晶體之間的間隙。

從安卓手機進入大眾視野時的60nm，到4G手機開始普及時的28nm，再到現在高端手機上普及的7nm，智慧型手機提供的表現越發強大，我們一直在見證著晶片工藝提升帶來的性能和續航革命。

5G和AI應用是當前的熱門話題，為了讓這些新技術更好地在手機上服務用戶，更應該讓重要的硬體晶片，藉助工藝提升得到新能力。

晶片設計廠商，以及台積電、三星這樣的製造工廠也是這樣想的，然而他們發現了一個事實：工藝提升已經遭遇瓶頸。

半導體矽是最常見的晶片製造原料，工廠將冶煉切割後的矽晶圓放置於光刻機中，然後用光透過印有電路設計圖的掩膜進行蝕刻，最後打磨切割封裝就得到了晶片。

晶片製造多年來慣用控制光波長來提升製程，這個方法到了nm級別卻開始失靈。

以5nm為例，傳統DUV（深紫外光刻）技術下蝕刻出的極低電晶體間隙導致了難以控制的漏電問題，使得晶片性能損失比起進步來說得不償失。

經過多種嘗試，依舊沒法有效解決遭遇的工程難題，工藝提升的步伐似乎要就此停下來。

這個時候廠商們找到了從80年代起就提上議程的EUV（極紫外光刻），相比現在廣泛使用的DUV，波長僅為13.5nm的EUV更能幫助工藝提升。

台積電、三星、英特爾等多家晶片製造廠共同投資數十億美元後，ASML公司帶來了首個能投入商用的EUV光刻機。

ASML的光刻機可以說是高科技中的高精尖了，每台價格至少上億美元，是DUV光刻機的近十倍，而且需要多架次波音737 Max才能完成運輸。

光是開動這台機器進行生產，每小時就需要150度的電。

EUV的改進不只是光線種類和波長，還引入了浸液式光刻、真空蝕刻、多重成像等過去還在實驗室中的技術，綜合起來之後才將工藝提升變成了現實。

得益於EUV，我們見到了更強大的7nm工藝，5nm和3nm等過去約等於不可能的工藝也將在未來兩三年到來。

三星是首個宣布在量產晶片中使用7nm EUV工藝的廠商，今年8月發布的Galaxy Note 10手機就搭載了採用這一工藝的Exynos 9825處理器。

由於手機版本限制，包括中國在內的大部分地區，都無法見到Exynos 9825背後7nm EUV的真正實力。

根據此前的消息，高通明年的中端定位5G晶片7250將採用三星7nm EUV工藝生產，不過它可能並不是首個接觸全球用戶的7nm EUV晶片。

採用台積電7nm EUV工藝代工的麒麟990 5G，很快就會隨手機正式登場。

5G時代的耗電和發熱，或因EUV緩解

華為海思在麒麟990上採用了兩種製造工藝，不含5G基帶的麒麟990採用原版7nm工藝製造，集成了5G基帶的麒麟990 5G搶先用上了7nm EUV工藝。

麒麟990 5G的電晶體數量達到了103億顆，相比上一代麒麟980的69億顆提升巨大。

拿到了首批5G產品的媒體和消費者都發現，5G網絡對手機的功耗以及發熱能力有更高的要求，這也是2019年智慧型手機紛紛用上4000毫安時以上電池並配備更大面積熱管散熱的原因。

EUV帶來的工藝改進，有望成為提升5G時代手機體驗的重要法寶，華為官方的數據顯示麒麟990 5G的功耗降低了20%、面積也縮小了36%，卻得到了20%的性能提升。

在5G NR網絡下，上下行速率分別可達2.3Gbps和1.25Gbps。

頭頂首款台積電商用7nm EUV晶片光環的麒麟990 5G，會隨著華為Mate 30 5G和Mate 30 Pro 5G在11月上市，這一新工藝能有多少能耐很快就能揭曉。