存储和逻辑芯片

先进存储芯片主要有三维闪存(3D NAND)和动态随机存取存储器(DRAM)两个大的分支。目前,3D NAND主流厂商(如三星、美光、长江存储)已量产300层堆叠产品,并正在开发500层以上的产品。DRAM主流厂商(如三星、海力士、美光)已量产1β(~11nm)制程,并正在试产或开发1γ(~10nm)工艺。主流的逻辑芯片厂商(如台积电、三星、英特尔)已量产2nm工艺,并正在开发1.8nm以下的技术,继续逼近摩尔定律的极限以提高晶体管密度。
关键尺寸的变小推动了光刻技术的革新,但同时也推高了制造成本和能耗。以典型的浸润式DUV光刻机为例,其单次曝光的线宽极限大约在38nm,单机价格达到了3~5亿。而ASML更先进的EUV光刻机单次曝光的线宽极限约为8-13nm(高/低数值孔径),单机价格达10-25亿,功耗更是达到了2.5MW(台积电80台EUV的用电量相当于一座中型城市)。
佳能公司的步进闪光纳米压印技术(S-FIL)与极紫外光刻(EUV)形成差异化竞争。其极限套刻精度达到~3nm,极限分辨率小于10nm,胶厚均匀性小于1nm,缺陷控制达到了0.1/cm^2。其核算单片成本仅为EUV的四分之一,能耗小于EUV的十分之一。尽管在模板使用次数、缺陷控制、晶圆级误差测量等方面和EUV仍有一定差距,主流的存储及逻辑大厂(如铠侠、三星、因特尔等)仍然引进该设备进行了持续的合作开发,特别是在铠侠(Kioxia)已实现了128层3D NAND的量产。
近年来,随着地缘政治环境变化,美、日、欧等国家逐渐扩大了对华先进制造设备出口管制条例的范围。在EUV光刻机全面禁运的前提下,又扩大了浸润式DUV光刻机的禁运范围,将能够用于制造16/14nm及以下逻辑芯片、128层以上3D NAND、18nm半间距DRAM芯片的光刻机全部列入清单。受其影响,中国大陆90nm以下线宽的二手DUV光刻机的价格也出现了上涨。
以普雨科技为代表的步进式纳米压印技术希望能为当前的中国半导体产业提供一个差异化选项。公司正在开发的下一代设备将提供<10nm套刻精度,<10nm的分辨率,并从系统级层面优化缺陷控制,致力于成为浸润式DUV光刻方案的有效补充。