从麒麟9030工艺看未来：没有EUV，靠DUV四重曝光真能硬刚3nm密度？

本文来自微信公众号： 歪睿老哥 ，作者：歪睿老哥

TechInsights对华为Mate 80 Pro Max搭载的麒麟9030芯片进行了拆解分析。

研究结果明确指出两点

1.中芯N+3工艺的晶体管密度（102MTr/mm²），确实不如三星和台积电之前的5nm，不到125MTr/mm²

2.已经在用DUV多重曝光硬缩最小金属间距了，已经超过了双重曝光的极限，现在用的大概率是自对准四重曝光（SAQP）

麒麟9030到底是啥工艺做出来的？

中芯靠DUV多重曝光，到底能摸到什么水平，未来怎么冲300MTr/mm²的密度（对标台积电的2nm工艺）？

1.先给核心结论：没EUV也能冲，技术路径已经摆明白了

先给不懂参数的兄弟翻译下，300MTr/mm²是什么概念？

就是一平方毫米硅片塞3亿个晶体管。

现在台积电3nm大概也就这水平（267Tr/mm²），最先进的2nm能到3亿以上。

今天这篇核心就是聊：

靠这套DUV多重曝光的路线，没有EUV只靠DUV的情况下，能否摸到300MTr/mm²以上。

先给个结论：完全是可行的，而且路径已经规划好了。

N+2到300MTr/mm²密度工艺缩距路径表

晶体管密度公式：由栅极节距与走线节距（本文取M2）计算；

N+3的走线金属并非最小节距金属。

公式权重：60%为覆盖3个栅极节距的4晶体管NAND单元，40%为覆盖19个栅极节距的32晶体管触发器，最终密度公式为：1.474/(栅极节距×单元高度)。

2nm节点：将切换至埋入式电源轨（BPR），单元高度从6走线降至5走线。

节距匹配：老节点M1节距可小于栅极节距（如2/3栅极节距）；但EUV在36 nm节距下存在随机缺陷密度问题，因此M1节距预计放宽至与栅极节距一致。

300 MTr/mm²条件：需44 nm栅极节距、22 nm金属节距，并搭配埋入式电源轨以实现5走线单元。

2.两种技术路线

要把最小金属间距缩到30nm以内，靠DUV不是想缩就能缩的，现在业内已经提了两种成熟方案，都是国内厂商的专利，咱们一个个说。

第一种：Double SALELE，八块掩模硬出

先翻译术语，SALELE就是「自对准光刻-刻蚀-光刻-刻蚀」，比传统的双重曝光更精准，Double SALELE就是做两次，直接出四重曝光的效果。

Double SALELE工艺步骤示意图

流程其实不难懂：

1.第一次光刻刻蚀出第一组线，做侧墙隔离，然后用第二块掩模切出需要的间隙

2.第三块掩模利用侧墙对位，刻出第二组线，第四块掩模切间隙——这是第一轮SALELE

3.再来一轮一模一样的流程，就得到了四倍密度的线

但这个方案有个最大的问题：太费掩模了。光做线就要4块掩模，切间隙还要再加4块，总共要8块掩模，成本直接拉满，不是最优解。

第二种：Double SADP，只要4块掩模，砍半成本

这个方案其实就是级联两次自对准双重曝光（SADP），同样出四重曝光的效果，但是掩模直接砍了一半。

Double SADP工艺步骤示意图

流程更简单：

1.芯轴上做第一层侧墙，切间隙后完成第一次SADP，得到第一组金属线

2.再在第一层侧墙的侧壁上做第二层侧墙，填充间隙之后切间隙，间隙就成了第二组金属线

3.宽线最后用第四块掩模单独做就完了

好处就是SADP一次就能把线密度翻一倍，切间隙也能一次切两根，所以总掩模数从Double SALELE的8块降到了4块，成本直接降一半，明显更划算。

3.必须上对角线FSAV网格，不然通孔根本做不出来

金属间距缩到30nm以下之后，下一个问题就来了：通孔（就是连接不同层金属的小洞）怎么做？

我给你算个数：就算是High-NA EUV，瑞利分辨率极限也就15nm，金属线宽都到15nm以下了，直接打通孔？

先不说分辨率，随机缺陷（就是曝光光子不够，该曝光的没曝光）就能把良率干没了。

22nm×11nm通孔光子密度示意图

最小通孔间距本来就不能做到跟金属线间距一样小，而且布线也不需要那么密，所以对角线通孔网格+全自对准通孔工艺就成了必须的选项。

传统网格vs对角线通孔网格对比图

那需要多少块掩模呢？

如果用ArF浸没式DUV硬来，最多要4块，但用对角线网格加LELE双重曝光，最多再加一块修边掩模就够了，比硬怼省太多。

不同节点通孔多重曝光方案示意图

4.切金属线的掩模，也给你算明白了

除了通孔，切金属线（就是把不需要的金属线切断留出间隙）也很费掩模，这里给兄弟们算清楚：

如果用Double SADP做M0和M2层，只要2块切掩模就够

如果用Double SALELE，最先进的1.xnm节点最多要4块

如果是SALELE做M1和M3层，最多也是4块

Double SALELE金属层切掩模数量示意图

SALELE金属层（M1/M3）切掩模数量示意图

有意思的是，就算用DUV四重曝光，成本也比EUV双重曝光更低，这就是走DUV多重路线的核心优势之一。

5.最终算帐：路径选对了，掩模数量根本不会炸

最后把M0到M3所有层的掩模加起来算总帐，结果很有意思：

不同工艺方案各节点总掩模数量对比图

统计M0~M3层在不同方案下的掩模增量，结果如图8：

双重SALELE方案掩模数量始终高于双重SADP方案；

N+6节点（M1节距44 nm、M0/M2节距22 nm）采用FSAV对角双重曝光+修整掩模，可节省3块掩模；

最佳情况

N+2→N+4仅增7块掩模，直至N+6总量不变；

最差情况

N+5后掩模持续增加，N+6高达18块；

N+5可视为N+4的直接缩微版，不增加掩模。

几个核心结论：

1.Double SALELE全程都比Double SADP费更多掩模，Double SADP更优

2.对角线网格加LELE双重曝光，N+6节点能省3块掩模，最优方案下N+2到N+4只加7块掩模，总数量到N+6都不涨

3.最差方案硬怼的话，N+6要涨到18块掩模，成本直接上天

4.N+5其实就是N+4缩一缩，根本不需要加掩模，过渡非常顺滑

所以说白了：只要提前规划好几代节点的路线，掩模数量完全可控，成本也能扛得住。

6.最后总结

很多人都觉得没EUV就做不出先进工艺，这次拆解给所有人证明了：

靠DUV多重曝光+合理的技术规划，照样能摸到最先进节点的密度水平，路径走通了，接下来就是一步步落地的事。

对咱们普通人来说，不用纠结什么时候能量产。

你得知道：中国芯片行业不是只有「搞EUV」这一条路，这种另辟蹊径、在现有条件下啃出一条路线的思路，才是最值钱的。

参考文献：https://semiwiki.com/semiconductor-services/techinsights/365118-forwarded-this-email-subscribe-here-for-more-kirin-9030-hints-at-smics-possible-paths-toward-300-mtr-mm2-without-euv/