国产 7nm 芯片突破

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引子：
在当今数字化浪潮奔涌的时代，芯片技术宛如工业皇冠上的明珠，引领着全球科技竞争的走向。

其中，7nm 芯片工艺更是站在技术前沿的高地，成为各国科技实力角逐的关键赛道。中国国产 7nm 芯片，正怀揣着突破与创新的雄心，在这条赛道上奋力奔跑。它承载着无数科研人员的智慧与汗水，寄托着国家科技自立自强的殷切期望，在全球芯片产业的版图上，即将书写下浓墨重彩的崭新一笔。

一、7nm 芯片技术解析
- FinFET 技术 ：FinFET（鳍式场效应晶体管）是 7nm 工艺中的关键技术之一。在 7nm CMOS 工艺中，全耗尽型 FinFET 具有更多优势，如更高的跨导、更小的 DIBL（漏致势垒降低）效应和体效应等，从而实现对短沟道效应的更强控制，在降低功耗的同时提升器件性能

- 光刻与自对准图案化 ：由于 EUV（极紫外光刻）技术在 7nm 工艺中引入时间较晚，7nm 工艺采用多种光刻创新技术来应对更小的加工尺寸。例如，LELE（线 / 空分割技术）通过分割掩模和交替曝光来实现更小的间距；而基于间距的图案化技术，如 SADP（自对准双重图案化）和 SAQP（自对准四重图案化），利用保形间距层和相关工艺控制，实现更精确的图案形成，对鳍、MEOL(中段）以及BEOL（后段）中更下层的加工至关重要。

- HKMG技术 ：7nm 工艺中采用 HKMG 技术，以实现更高的Cox，降低漏电流和功耗，同时无需多晶硅耗尽，还能通过调整金属栅极堆叠的成分和High K 介质的偶极子来实现精准的阈值电压调整，减少工艺变化。

- SS应变硅技术 ：应变硅技术在 7nm 工艺中也有重要应用。通过在硅衬底上外延生长 SiGe 或 SiC 等应变材料，可以对沟道产生应力，从而改变硅的能带结构，提高载流子迁移率，进而提升器件性能。例如，在 NMOS 源漏区域嵌入 SiC 应变材料，拉伸硅晶格，提高μe、可产生拉应力；在 PMOS 源漏区域嵌入 SiGe 应变材料，压缩硅晶格，可产生压应力，分别降低electron和hole的电导有效质量，提高晶体管的开关速度。

二、国产 7nm 芯片最新进展
华为麒麟 9010 芯片采用国产 7nm 制程工艺，虽与基于TSMC  5nm 制程的麒麟 9000 制程工艺不同，但从日本半导体研究公司的拆解分析来看，二者性能非常接近。这充分彰显了中国在芯片设计和制造领域，即便面临外部压力，也能通过自主研发和技术创新，实现性能上的突破与提升，缩小与国际先进水平的差距。
三、TSMC、Intel、Samsung 最新工艺动态

- TSMC ：TSMC在 7nm 工艺上已取得巨大成功，其 7nm 工艺节点的芯片出货量在 2020 年就已达到 100 万片晶圆。目前台积电正在大力推进更先进的工艺研发，其 3nm 工艺已于 2022 年实现量产，并计划在 2025 年进一步提升产能。
- Intel ：Intel 的 7nm 工艺（ Intel 4）已取得重要进展。2023 年，Intel 推出了基于 Intel 4 工艺制造的 Meteor Lake 处理器。该工艺是 Intel 首次使用 EUV 光刻技术的制造工艺，与 Intel 7 相比，其高性能逻辑库面积缩放是 Intel 7 的两倍。此外，Intel 还计划在 2025 年推出更先进的工艺节点，如 Intel 20A 和 Intel 18A，这些工艺将采用 RibbonFET 和 PowerVia 等新技术，进一步提升芯片性能和能效。

- Samsung ：Samsung在 7nm 工艺上也取得了显著进展。其 7nm 工艺采用了 EUV 光刻技术，并已实现量产。此外，三星还在不断推进更先进的工艺研发，计划在 2025 年推出更先进的 3nm 和 2nm 工艺。

四、7nm 工艺的质量管理
- 过程控制 ：在 7nm 芯片制造过程中，需要对各个环节进行严格的过程控制。例如，在光刻过程中，需要精确控制光刻胶的Coating thickness, exposure dose, Time等参数，以确保图案的准确转移。During Etch，需要精确控制Etch rate、etch depth等参数，以确保图案的精确形成。
- 缺陷检测与分析 ：采用先进的缺陷检测技术，如光学检测、电子束检测等，对芯片制造过程中的缺陷进行实时检测和分析。通过缺陷检测，可以及时发现工艺中的问题，并采取相应的解决措施，以提高芯片的良品率。
- 可靠性测试 ：对 7nm 芯片进行严格的可靠性测试，如HTOL、HTS、TCT等，以确保芯片在各种环境下的可靠性。通过可靠性测试，可以发现芯片在设计和制造过程中存在的潜在问题，并采取相应的改进措施，以提高芯片的可靠性。
- Fab 的最佳实践 ：在 7nm 工艺的 Fab中，最佳实践包括采用先进的设备和工艺技术，如 EUV 光刻机、高精度刻蚀机等，以提高工艺精度和稳定性。同时，建立完善的质量管理体系，从原材料的采购到芯片的封装测试，对每个环节进行严格的质量控制，确保产品的质量和可靠性。此外，加强与供应商和客户的合作，共同攻克技术难题，提高产品质量和市场竞争力。

五、产业现状与挑战
- 产业规模差距 ：目前美国在全球半导体市场占据主导地位。2023 年全球半导体销售额达 6014 亿美元，美国公司占据约 47% 的市场份额，而中国企业份额仅为 5% 左右。
- 先进制程落后 ：TSMC和三星等亚洲企业已实现 3 纳米甚至更先进制程的量产，相比之下，中国大陆最领先的代工厂SMIC仅能提供 7nm（N+1）良率基本达到TSMC 的水平95%。
- 设备供应受限 ：荷兰 ASML 是全球唯一的 EUV 光刻机供应商，其产品几乎垄断了 7 nm及以下先进制程所需的光源供应。受出口管制影响，中国企业很难获得这些关键设备，严重制约了先进制程的发展。
六、国产芯片的发展机遇
- 技术突破与创新 ：除了传统硅基芯片技术的不断进步，中国在碳基芯片领域的研究也取得了显著成果。截至 2022 年底，中国与碳基芯片相关的石墨烯专利技术申请量约占全球的 80%，这为未来芯片技术的弯道超车提供了可能。
- 政策支持与产业协同 ：中国政策层面大力扶持芯片产业发展，出台了一系列优惠政策，包括资金支持、税收优惠等，鼓励企业加大研发投入，提升自主创新能力。同时，国内芯片产业链上下游企业也在不断加强协同合作，形成产业联盟，共同攻克关键核心技术难题，推动产业整体发展。
- 市场需求驱动 ：随着我国在 5G 通信、AI、IOT等新兴领域的快速发展，对高性能芯片的需求日益增长，为国产芯片提供了广阔的市场空间。
国内部分使用 7nm 工艺的芯片设计公司统计如下：

七、Taylor Talkings：国产芯片的崛起之路
国产 7nm 芯片的突破，恰似在科技长河中激起的一朵璀璨浪花，闪耀着中国科技自立自强的光芒。从技术层面看，华为麒麟 9010 芯片与台积电 5nm 芯片性能的接近，证明了中国在芯片设计和制造上的巨大潜力。我们在 FinFET 技术、光刻与自对准图案化技术、HKMG 技术以及 SS（应变硅）技术等方面的深入研究和应用，为国产芯片的性能提升奠定了坚实基础。
然而，我们也要清醒地认识到，与国际巨头 TSMC、Intel 和 Samsung 相比，我们在产业规模、先进制程和设备供应等方面仍存在明显差距。全球半导体市场中美国公司占据 47% 的份额，而中国企业仅占 5%，先进制程的落后和设备供应的受限，都是我们必须面对的现实挑战。

但机遇也如影随形。中国在碳基芯片领域的技术积累，为未来的弯道超车埋下希望火种；政策的有力扶持和产业的协同共进，为国产芯片的研发注入强大动力；5G 通信、AI 和 IOT 等新兴领域的蓬勃发展，为国产芯片提供了广阔的市场舞台。

展望未来，国产芯片的崛起之路虽充满艰辛，但前景可期。在科技竞争日益激烈的全球舞台上，我们相信，凭借持续的技术创新、产业协同和政策支持，中国国产芯片将逐步缩小与国际先进水平的差距，实现从跟跑到并跑，再到领跑的跨越，为全球科技发展贡献更多的中国力量，书写属于自己的辉煌篇章。

陪着寂寞看孤单

上次去电脑城装机，老板说现在国产7nm芯片散热比老款强多了，我那台装了麒麟9010的笔记本连续开十小时游戏都不烫手

superjiaming

光有芯片技术，光刻机呢？