三星开启极紫外光刻半导体生产线与台积电展开晶圆代工工艺之争

晶圆指制造半导体晶体管或集成电路的衬底（也叫基片）。衬底材料有硅、锗、GaAs、InP、GaN等。由于硅Z为常用，如果没有特别指明晶体材料，通常指硅晶圆。在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路产品。

上月，韩国三星电子宣布多层极紫外光刻（EUV）半导体生产线V1已开始批量生产。中国台湾晶圆代工厂商台积电继三星电子后也宣布6nm半导体制程量产，两家晶圆代工厂商再次打响工艺之争。

华为面向中端5G市场的移动设备处理器麒麟820将交由三星电子6nm生产线代工，并计划在2020年下半年完成4nm工艺开发及产品设计。中国集成电路设计公司紫光展锐近期推出了面向5G智能手机的T7520八核系统芯片（SoC），该芯片集成5G调制解调器，将使用台积电6nmEUV工艺制程，预计将于今年开始出货。

极紫外光刻技术

提高光刻技术分辨率的传统方法是增大镜头的NA或缩 短 波 长，通 常 首 先 采 用 的 方 法 是 缩 短 波长。早在80年代，极紫外光刻技术就已经开始理论的研究和初步的实 验，该技术 的光源是波 长 为11～14　nm的极端远紫外光，其原理主要是利用曝光光源极短的波长达到提高光刻技术分辨率的目的。由于所有的光学材料对该波长的光有强烈的吸收，所以只能采取反射式的光路。EUV系统主要由四部分组成，即反射式投影曝光系统、反射式光刻掩模版、极紫外光源系统和能用于极紫外的光刻涂层。其主要成像原理是光波波长为10～14nm的极端远紫外光波经过周期性多层膜反射镜投射到反射式掩模版上，通过反射式掩模版反射出的极紫外光波再通过由多面反射镜组成的缩小投影系统，将反射式掩模版上的集成电路几何图形投影成像到硅片表面的光刻胶中，形成集成电路制造所需要的光刻图形。

光刻工艺流程

常规光刻技术是采用波长为2000～4500埃的紫外光作为图像信息载体，以光致抗蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺（图1）。在广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。

①光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。

②刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。

光刻胶或抗蚀剂分为两大类：

①正性光致抗蚀剂：受光照部分发生降解反应而能为显影液所溶解。留下的非曝光部分的图形与掩模版一致。正性抗蚀剂具有分辨率高、对驻波效应不敏感、曝光容限大、针孔密度低和无毒性等优点，适合于高集成度器件的生产。

②负性光致抗蚀剂：受光照部分产生交链反应而成为不溶物，非曝光部分被显影液溶解，获得的图形与掩模版图形互补。负性抗蚀剂的附着力强、灵敏度高、显影条件要求不严，适于低集成度的器件的生产。

半导体器件和集成电路对光刻曝光技术提出了越来越高的要求，在单位面积上要求完善传递图像的信息量已接近常规光学的极限。光刻曝光的常用波长是3650～4358 埃，预计实用分辨率约为1微米。

几何光学的原理，允许将波长向下延伸至约2000埃的远紫外波长，此时可达到的实用分辨率约为0.5～0.7微米。微米级图形的光复印技术除要求先进的曝光系统外,对抗蚀剂的特性、成膜技术、显影技术、超净环境控制技术、刻蚀技术、硅片平整度、变形控制技术等也有极高的要求。因此，工艺过程的自动化和数学模型化是两个重要的研究方向。

新闻来源：科技部、百度