中科院专家原创40000字《DRAM芯片风云》专栏
▼ 欢迎扫描名片二维码关注订阅 
作者:二马路的冰
排版:摇摇七喜
出品:SOlab
深度好文,2535字=8分钟阅读
文末有芯片交流群,欢迎扫码加入!
中国大陆版高端DRAM
在DRAM的微缩化进程正在放缓的大背景下,中国大陆版DRAM产业发展面临的挑战有哪些呢?资金应该都不是主要问题,主要技术难点集中在依赖于EUV光刻的量产路线。
光刻机是DRAM量产中技术难度最大、成本最高的核心设备,其精度水平决定DRAM芯片的集成度(即所谓的技术节点)。据测算,光刻机约占DRAM生产线投资额的23%,加上光刻胶、掩模、光刻气体等配套材料投资,光刻成本约占芯片制造成本的30%左右。通俗来说,光刻机相当于印钞机,所印的每张钞票(即每个DRAM芯片)的市值大约为几美元。
1978年,美国GCA公司(现已被ASML收购)研发出全球第一台g线光刻机,分辨率高达1.5微米。自此以来,光刻机的研发工作不断取得进展,DRAM的性能也随之不断提高。根据工作波长划分,迄今光刻机已经经历了五代产品的发展。
五代光刻机产品的发展
EUV光刻机是中国大陆版高端(1xnm及以下) DRAM量产中无法回避的最核心设备,遗憾的是,EUV光刻机全世界上只有荷兰的ASML公司可以制造。现在数值孔径为0.33的型号为TWINSCAN NXE:3600D的分辨率达到了13nm(真实的13nm,不是5nm、3nm技术节点的那种),可以用于制造3nm技术节点(线条宽度不是真的3nm)的逻辑芯片,每小时光刻效率大于160片(每片含数千乃至数万个DRAM芯片),单台售价约为1.4亿美元(含服务)。
作为参考,2022年7月1日,南方航空、中国国航、中国东航与空客公司签订了292架A320NEO飞机采购议,总金额为372.57亿美元,相当于单架A320NEO飞机售价约为1.28亿美元。ASML现在正在研发新一代的数值孔径为0.55的EUV光刻机,分辨率可达8nm(真实的8nm),预计单台售价约为4亿美元。
三星株式会社旧址,图片来源:百度
据报道,2018年“中兴事件”后,中芯国际公司曾向ASML公司预定了价值1.2亿美元EUV光刻机,这几乎相当于中芯国际2017年的总利润。但是由于《瓦森纳协定》出口管制和美国长臂管辖等原因,该台EUV光刻机迄今没有获得荷兰政府的出口许可证。那么,《瓦森纳协定》出口管制是否也适用于在中国大陆的外企呢?
答案是肯定的。SK海力士位于无锡的工厂产生的DRAM数量约占全球总量的15%。2021年, SK海力士计划对其位于中国无锡市的DRAM工厂进行升级,引入EUV光刻机,但是由于《瓦森纳协定》出口管制和美国长臂管辖等原因,该计划最终落空。
海力士半导体(无锡)有限公司引进EUV光刻机的计划流产,图片来源:Reuters
最近,有报道称,美国甚至要求荷兰、日本禁止出口193nm步进扫描投影光刻机到中国大陆。
2022年7月6日,赵立坚回应:“这是美方滥用国家力量,倚仗技术霸权搞“胁迫外交”的又一例证,这也是典型的技术恐怖主义。在当前全球化背景下,美方一再将科技和经贸问题政治化、工具化、意识形态化,对别国搞“技术封锁”“技术脱钩”。这只会让其他国家更加警醒,在技术上一味依靠美国行不通,也会促使各国加快实现科技自主自立自强。企图堵别人的路,最终只会堵死自己的路。我们希望有关方面秉持客观、公正立场,从自身长远利益和公平公正市场原则出发,独立自主作出决定。
外交部回应关于193nm光刻机禁售问题,图片来源:外交部
2022年7月8日,国务委员兼外长王毅在巴厘岛出席二十国集团外长会期间会见荷兰副首相兼外交大臣Wopke Hoekstra。王毅外长指出,全球化使各国市场联通、资源共享、产业交融,不仅使各方受益,也是人类社会发展进步的必然趋势。将经贸合作价值观化、政治化,搞封闭排他的小圈子,不仅违背经济规律,也不利于疫后复苏。Wopke Hoekstra表示,我曾多次访问中国,中国改革开放以来日新月异的发展变化令人赞叹。荷兰高度重视对华友好,高度评价半个世纪来两国关系取得的丰硕成果。
王毅外长在巴厘岛出席二十国集团外长会期间会见荷兰副首相兼外交大臣Wopke Hoekstra,图片来源:外交部
2022年7月14日,据彭博社报道,Wopke Hoekstra对外证实,荷兰和美国正在商讨禁止荷兰光刻机巨头ASML(阿斯麦)向中国出口用于193nm光刻机。那么,这个可能性有多大呢?
荷兰外交大臣Wopke Hoekstra证实荷兰和美国正在商讨ASML的193nm光刻机禁止出口中国大陆,图片来源:彭博社
中国是荷兰的第三大贸易伙伴,仅次于德国和比利时。2021年,中国大陆在ASML总营收中的占比为14.73%。2022年一季度,该公司共销售62台光刻系统,其中中国大陆占比34%,超越韩国和中国台湾地区,成为ASML第一大出货市场。ASML首席执行官文宁克(Peter Wennink)今年较早时曾说,反对禁止对华出口DUV光刻设备,因为这已经是成熟技术。
那么,EUV光刻机是否是高端DRAM量产的唯一解呢?业界目前正在探索的可能技术路径主要有两条。一条是紫外纳米压印光刻技术方法,另一条是材料架构技术创新方法。
FPA-1200NZ2C紫外纳米压印光刻设备,图片来源:佳能公司官网
纳米压印光刻技术由美籍华人、美国普林斯顿大学周郁教授于1995年提出。其原理类似于中国古代的雕版印刷术,就是用机械力的方式把模板上的图形压印在硅片上面的光刻胶层。后来,人们进一步发展了紫外纳米压印光刻技术,借助于紫外光线的加持,纳米压印所需的机械力大幅度降低。实验已经充分证明,紫外纳米压印光刻不仅分辨率要高于EUV光刻,而且工艺简单,设备不需要复杂的光路系统和昂贵的光源,耗电量仅为EUV光刻机的几十分之一,已经广泛应用于AR/VR、传感、LED等领域。
但紫外纳米压印光刻存在的问题包括纳米压印掩模的制造、对准套刻、缺陷控制,等等。因此,业界并不看好紫外纳米压印光刻在具有复杂图形的、对对准套刻要求苛刻的逻辑芯片制造。但是,紫外纳米压印光刻在图形相对简单的、对对准套刻要求相对宽松的存储芯片制造中,仍然可能具有应用前景。比如,近年来,光刻机厂商的探花,日本佳能公司的紫外纳米压印光刻设备已经在日本三重县四日市的铠侠公司(NAND 存储器的榜眼,源于东芝公司)运行,据报道进展顺利。为高分辨、低成本、特定应用场景的先进光刻技术发展带来一丝希望。
中科院专家原创出品
【DRAM江湖春秋】
👇扫描名片二维提前订阅专栏👇
友情提示:
本专栏试图运用实证研究方法来描述史上最全、最残酷的DRAM江湖,难以保证所采用的数据都准确无误,部分内容也可能有些枯燥。本文字数超过40000,请各位读者保持宽容和耐心。
专栏导引:
1. 芯片发展残酷史:DRAM的落地之路 👈
2.【第一回】DRAM江湖标签:芯片之王 👈
3.【第二回】赔钱!起起伏伏的DRAM行业是如何萧条的?👈
4.【第三回】好家伙!这篇文章终于讲透了:芯片产业的发展模式👈
5.【第四回】EUV光刻及先进封装加持下,天空飘着一朵电容乌云👈
10.【第九回】从巅峰到没落,现如今中国台湾半导体产业怎么样了?👈
15.【第十四回】国内薄弱的DRAM产业,诞生了一个超级玩家👈
-----END-----
(芯光社出品,未经允许严禁转载)
芯光社ChipHub
👆 欢迎【关注】我们 👆
用心说,芯人芯事
专栏精选讲述前沿光刻技术、芯片百科知识、分享行业报告。
芯人芯事独特视角剖析时事新闻,讲述芯片人的职场故事。
此外,我们还提供资源对接、FA和企业品牌服务。
点击菜单栏“联系我们”,链接新的行业机会👍🏻

想与我们合作或提供爆料,均可联系
[email protected]

想与更多行业大咖互动交流 ?快扫码来加入
芯光社交流群~  
👇👇👇
< 微信添加请注明 “姓名-公司-职务” >
一定还想看这些~
别走!给小编点个
【在看】 👇
继续阅读
阅读原文