芯片是腦力密集型產業，隨著時間的推移，全球擁有芯片設計和制造全產業鏈的企業僅僅剩下三星和英特爾，不同于英特爾的穩中求進，三星似乎更加激進。近日，據外媒曝光，三星公布了自己的芯片制造工藝的路線圖，三星方面表示，它們將于2019年底采用6nm工藝芯片代工，明年將完成5nm工藝和4nm工藝的芯片，在先進半導體制程技術上，三星只有臺積電一個對手了。
三星為何急于推出自己的先進制程工藝？
摩爾定律揭示了半導體產業的發展規律，也是芯片巨頭們決勝江湖的一本“武林秘籍”，正是這個規律的存在，讓英特爾、三星、德州儀器等企業稱霸半導體界幾十年。如今，半導體產業走到了一個關鍵的節點上，那就是7納米制程，很多專家表示，7納米將是推進摩爾定律的下一重要關卡，因為隨著半導體進入7nm節點，包括半導體設計、材料、制造工藝和封裝測試等，每個半導體制程環節都面臨嚴峻的挑戰，成本和效能已經不能成正比了。
目前能夠設計7nm芯片的企業有華為、三星、英特爾、高通和蘋果等頂尖集成電路設計企業，但是擁有7nm制程技術的僅有三星和臺積電，英特爾似乎已經落戶了這兩大對手。英特爾高層曾表示，7nm工藝會在兩年內推出，最早將在2021年問世。
三星、臺積電在先進制程工藝上的你追我趕，無非是為了在市場的爭奪中占據先機。在代工模式方面，英特爾在電腦方面的領先是統治級別的，三星則擅長于智能手機芯片，而臺積電則是兩者皆通，甚至現在還占據了挖礦機芯片9成的市場。在10nm工藝上，臺積電拿下了華為麒麟970和蘋果A11兩款芯片的代工訂單，而三星則搶到了高通驍龍845代工訂單。
在7nm工藝上，華為麒麟980也選擇了繼續和臺積電合作，在三星的7nm制程工藝研制出來之前，蘋果A12、高通驍龍855的意向合作伙伴也是臺積電，但三星突然提前半年完成7nm新工藝的研發，讓高通和臺積電的合作存在一定的變數。有消息稱，高通已經將新的芯片樣品送交三星進行測試，但具體是不是驍龍855就不得而知。不過在此之前，三星已經宣布自己的7nm工藝已經贏得了高通5G芯片的訂單，不出意外的話，三星拿下驍龍855也只是時間問題。
面對臺積電和三星的步步緊逼，英特爾也不得不做出改變，英特爾在去年向包括ARM陣營在內的所有廠商開放代工業務，并表示代工業務營收在英特爾總營收中的比重將逐漸提升，三星對7nm、5nm工藝的執著上，的確是比英特爾更加激進。
芯片巨頭的半導體制程“競賽”
2018年發生了讓業內人驚訝的一件大事，那就是聯電與格芯先后退出先進制程的軍備競賽，加上英特爾的10nm制程處理器量產出貨時程再度遞延到2019年底，均顯示先進制程的技術進展已面臨瓶頸。展望未來，還有能力持續推動半導體制程微縮的業者，或只剩下臺積電、三星和英特爾三家公司。
從進度上看，臺積電公布的7nm芯片已有50多款在流片，可算是遙遙領先。英特爾則仍苦苦掙扎于10nm。而三星近年來逐漸將代工業務視為發展重點，先后在美國、中國、日本等多地先后舉辦的三星代工論壇上還公布了其7nm以后的最新工藝路線圖，預計2018年推出7nm FinFET EUV工藝，而8nm LPU工藝也會開始風險試產，2019年推出7nm的優化版，即5／4nm FinFET EUV工藝，同時面向RF射頻、eMRAM等芯片的18nm FD－SoI工藝開始風險試產，到2020年推出3nm EUV工藝，同時晶體管架構從FinFET轉向GAA。三星目前已將GAA視為7nm節點之后取代FinFET晶體管的新一代候選技術。
三星作為全球最大的存儲芯片生產企業，通過在存儲芯片上錘煉先進工藝，在過去三年間，三星就采用EUV技術處理了20萬片晶圓生產SRAM。2017年五月，三星推出了首款使用EUV光刻解決方案的半導體工藝技術7nm LPP EUV，預期可借此突破摩爾定律的擴展障礙，為單納米半導體技術的發展鋪平道路。另外，三星位于華城市的7nm廠預計最快明年量產，并計劃投入56億美元升級晶圓產能，其中三星在韓國華城的S3生產線上部署了由原本的10nm工藝改造而來的ASML NXE3400 EUV光刻機，這條生產線的EUV產能據稱已經達到了大規模量產的標準。
除此之外，三星還將新建一條EUV工藝專用的產線，計劃在2019年底全面完成后，2020年實現EUV量產。相較之下，臺積電今年才宣布和聯發科合作試產7nm制程12核心芯片，但根據臺積電10nm今年難產的現狀來看，臺積電的研發進程顯得相當落后了。
EUV技術是7nm工藝的關鍵
7nm工藝是半導體產業一個非常重要的轉折點，而要想獲得非常好的良率，引入EUV技術是7nm工藝的關鍵，同時這項技術也是摩爾定律延續到5nm以下的關鍵技術，引入EUV工藝可以大幅提升性能，縮減曝光步驟、光罩數量等制造過程，節省時間和成本。不過，引入EUV技術并不容易，其需要投入大量資金購買昂貴的EUV設備，同時需要進行大量的工藝驗證以確保在生產過程中獲得較佳的良率，才能以經濟的成本適用于生產芯片。
EUV技術也叫極紫外光刻技術，它以波長為10－14nm的極紫外光作為光源的光刻技術，極紫外線需要通電激發紫外線管的K極放射出紫外線。EUV光刻技術也被業內人稱為下一代半導體工藝的最佳技術選擇。
雖然EUV技術備受關注，但是目前僅有少數廠商掌握其核心技術。對于大多數的半導體制造商而言，EUV光刻的基本設備仍需進步，這樣才能滿足成熟的量產需求。如光刻膠的靈敏度，掩模技術的成熟度，還有需要提升光源的透射率等等，這些都是目前面臨的最大技術難題。
三星采用的是激進式的EUV技術
2018年，三星和高通宣布擴大晶圓代工業務合作，該合作計劃將長達十年，三星將授權“EUV光刻工藝技術”給高通使用，其中包括使用三星7nm LPP EUV工藝技術制造未來的驍龍5G移動芯片組，預計高通下一代5G移動芯片，將采用三星7nm LPP EUV制程，通過7nm LPP EUV工藝，驍龍5G芯片組可減少占位空間，讓OEM廠有更多使用空間增加電池容量或做薄型化設計。除此之外，結合更先進芯片設計，可明顯增進電池續航力。
三星如此堅定地在其首個7nm就激進地采用EUV技術，是三星綜合許多因素考慮的結果，包括EUV設備是否準備好，成本、多重曝光復雜性、保真度和間距縮放等。對三星自家的7nm而言，（柵極）間距可以控制在單次曝光，這使得整個光刻工藝流程減少了與曝光相關的大部分設計復雜性，這也恰恰說明三星內部開發的EUV光罩檢測工具，是三星的一個重要優勢。目前市場還沒有類似的商業工具被開發出來，不僅如此，三星也在開發EUV微影光阻劑，并有望在今年稍晚達到大規模量產要求的目標良率。
EUV技術的進展還是比較緩慢的，而且將消耗大量的資金。盡管目前很少廠商將這項技術應用到生產中，但是極紫外光刻技術卻一直是近些年來的研究熱點，所有廠商對這項技術也都充滿了期盼，希望這項技術能有更大的進步，能夠早日投入大規模使用。各家廠商都清楚，半導體工藝向往下刻，使用EUV技術是必須的。在摩爾定律的規律下，以及在如今科學技術快速發展的信息時代，新一代的光刻技術就應該被選擇和研究，因為EUV與其他技術相比有明顯的優勢。比如，EUV的分辨率至少能達到30nm以下，且更容易收到各集成電路生產廠商的青睞；EUV是傳統光刻技術的拓展，同時集成電路的設計人員也更喜歡選擇這種全面符合設計規則的光刻技術；EUV技術掩模的制造難度不高，具有一定的產量優勢等。
雖然半導體摩爾定律終將會失效，但是EUV技術帶來的進步仍讓廠商期待這個定律的延續。未來，EUV技術定會成為這些廠商重點研究的一門技術，三星激進式的做法是否是正確的決策，還有待時間的驗證。