Эта статья — часть серии про китайский 7-нм техпроцесс и технологическую гонку вокруг полупроводников.
Если вы не читали начало, советую сначала посмотреть первую часть, потому что именно там объясняется, откуда всё началось.
➡ Китай сделал скачок с 22 нм на 7 нм? Почему эта новость всех удивила
В ней разбираем новость, которая удивила всю индустрию, и почему вокруг неё столько разговоров.
В предыдущей части мы разобрали, почему санкции были направлены именно на оборудование и почему отсутствие EUV-литографии должно было остановить Китай на уровне старых техпроцессов.
Но индустрия полупроводников устроена так, что если существует физическая возможность что-то сделать, инженеры рано или поздно найдут способ, даже если он будет дорогим, сложным и неэффективным.
Именно поэтому после введения ограничений начались разговоры о том, что Китай может попытаться делать современные техпроцессы без EUV, используя старые литографы.
На первый взгляд это звучит странно, но на практике такой метод действительно существует.
Он называется multipatterning, и именно он, скорее всего, лежит в основе всех новостей про китайские 7 нм.
Чтобы понять, как это работает, нужно сначала разобраться, как вообще формируется рисунок на кремниевой пластине.
Почему одного прохода литографии больше не хватает
В ранних поколениях техпроцессов всё было относительно просто.
Литограф светил через фотошаблон один раз, и на пластине получался нужный рисунок.
Но когда размеры начали приближаться к пределу длины волны, одного прохода стало недостаточно.
Представьте, что вы пытаетесь нарисовать очень тонкие линии толстым маркером.
Вы можете сделать это, только если будете рисовать несколько раз, постепенно уточняя форму.
В литографии происходит примерно то же самое.
Перед таблицей важно понять идею:
если нельзя сделать линию сразу, её можно сделать за несколько шагов.
Таблица количества экспозиций при разных методах
После таблицы можно сделать важный вывод.
Чем больше проходов, тем:
- выше точность,
- но больше ошибок,
- выше цена,
- ниже выход годных чипов,
- медленнее производство.
Именно поэтому multipatterning считается крайней мерой.
Но если нет EUV, выбора почти нет.
Что такое multipatterning простыми словами
Multipatterning — это способ получить очень маленькие элементы с помощью более грубого оборудования.
Процесс выглядит примерно так:
- Делается первый рисунок.
- Затем наносится ещё один слой.
- Потом второй рисунок.
- Потом травление.
- Потом ещё один слой.
- Потом ещё один рисунок.
И так много раз.
В итоге получается структура, которая по размеру соответствует 7 нм, хотя оборудование рассчитано на более крупные размеры.
Это похоже на ситуацию, когда вместо одного точного инструмента вы используете несколько менее точных, но комбинируете их.
Почему multipatterning сильно усложняет производство
На словах всё выглядит просто, но на практике каждый дополнительный проход увеличивает риск ошибки.
Перед списком важно понять, что современный чип состоит из десятков слоёв.
Если хотя бы один слой сместится — вся пластина может стать браком.
Основные проблемы multipatterning
- Рост количества масок.
Для каждого слоя нужен фотошаблон, и их число может увеличиться в два раза или больше. - Снижение выхода годных кристаллов.
Чем больше операций, тем выше шанс дефекта. - Увеличение стоимости.
Каждый дополнительный шаг — это время, энергия и расходные материалы. - Снижение скорости производства.
Завод может выпускать меньше пластин в месяц. - Сложность настройки оборудования.
Требуется очень точная калибровка. - Рост требований к чистоте.
Даже микроскопическая пыль может испортить несколько слоёв сразу.
После списка становится понятно, почему большинство компаний перешли на EUV, как только это стало возможно.
EUV позволяет делать сложные структуры за меньшее количество шагов.
Но если EUV нет, остаётся только multipatterning.
Кто уже использовал этот метод
Самый известный пример — китайская компания SMIC.
Она смогла показать 7-нм чип, сделанный без EUV, используя сложную многократную литографию.
Это стало неожиданностью для многих экспертов, потому что считалось, что без доступа к новому оборудованию Китай не сможет выйти за пределы 14 нм.
После этого стало понятно, что теоретически возможно:
- делать 7 нм,
- но очень дорого,
- с небольшими объёмами,
- и с низким выходом годных чипов.
И именно здесь новость про Hua Hong начинает выглядеть более реалистично.
Если одна китайская компания смогла, значит другая тоже может, особенно если они работают вместе.
Почему в новости упоминается Huawei
В тексте говорится, что в разработке участвовала Huawei.
Это очень важный момент.
После санкций Huawei потеряла доступ к крупнейшим мировым фабрикам и была вынуждена искать решения внутри страны.
Перед списком важно понять, что современные чипы создаются не одной компанией.
Как обычно создаётся чип
- одна компания проектирует,
- другая производит,
- третья делает оборудование,
- четвёртая делает материалы,
- пятая делает программное обеспечение.
После санкций Китай начал объединять всё внутри страны.
Поэтому возможная схема выглядит так:
- Huawei — проектирование,
- SMIC — опыт сложных техпроцессов,
- Hua Hong — производство,
- китайские компании — оборудование,
- государство — финансирование.
И именно такая кооперация может объяснить скачок.
Почему новость про Hua Hong не значит, что Китай догнал лидеров
Очень важно правильно понимать масштаб события.
7 нм — это серьёзно.
Но это не значит, что Китай теперь на уровне TSMC или Samsung.
Перед таблицей важно понять разницу между возможностью и массовым производством.
Таблица уровней технологий
После таблицы видно:
Китай приблизился, но ещё не догнал.
И всё упирается в EUV.
В следующей части разберём самый сложный вопрос:
Почему 7 нм ещё можно сделать без EUV, а 5 нм и 3 нм становятся почти невозможными.
И именно здесь проходит настоящая граница современных технологий.
Теперь понятно, что 7-нм техпроцесс можно сделать даже без новейших литографов, но ценой огромной сложности.
И тут появляется следующий вопрос — если так можно, то почему тогда весь мир не делает 5 нм и 3 нм тем же способом?
Ответ в том, что у технологий есть предел.
➡ Почему 7 нм ещё возможен, а 5 нм почти нет
Разберём, где заканчиваются возможности старой литографии, почему сложность растёт почти по экспоненте и почему после 7 нм всё становится намного труднее.
И после этого станет понятно, почему за новостями про техпроцессы следят не только инженеры.