Kontraktstillverkaren Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) är Kinas hopp om tillverkning av kretsar i spjutspetsen, men då USA:s handelsembargon hindrar kinesiska aktörer från att köpa litografisk utrustning av EUV-typ försvåras dess ambitioner. Trots att bolaget är begränsat till mindre sofistikerade doningar med DUV-litografi har bolaget lyckats avancera till 7 nanometer och har nu siktet inställt på 5 nanometer.
Tidigare under året rapporterades att SMIC gått in i produktion på 5 nanometer, om än i begränsad skala, men nu rapporterar taiwanesiska The Liberty Times att planer om storskalig tillverkning skjutits på framtiden till åtminstone 2026. Anledningen är att SMIC har fortsatta yield-problem på 7 nanometer och att mer avancerad tillverkning än så helt enkelt inte är gångbart. Om så är fallet begränsar det bland annat Huaweis möjligheter att tillverka mer avancerade AI-kretsar, vilket är ett viktigt delmål för landets ambitioner om självförsörjning på halvledare.
Rapporten noterar att SMIC stött på detta farthinder trots att den kinesiska staten öser praktiskt taget obegränsade ekonomiska resurser över inhemsk halvledarindustri. Att det inte finns motsvarande EUV-verktyg att tillgå i landet kan tillskrivas att de helt enkelt är oerhört svåra att utveckla. Den EUV-litografiska utrustning nederländska ASML, idag ensam leverantör, säljer kallas ofta världens mest avancerade maskiner och tog ett par decennier att utveckla och förseningarna längs vägen var många. Ambitionerna om att tillverka EUV-maskiner finns givetvis i Kina, men det vore något av en sensation om de lyckas ta fram motsvarande innan decennieskiftet 2030.
Det finns dock ingen naturlag som hindrar tillverkning mer avancerad än 5 nanometer med DUV-litografi, något SMIC som nämnt redan visat sig kapabla till. Utmaningen ligger i att EUV, extreme ultraviolet, har en våglängd om 13,5 nanometer och att trotjänaren DUV, deep ultraviolet, ligger på 193 nanometer, vilket gör att det inte är möjligt att nå liknande upplösningar vid mönstring av strukturer på kiselskivor.
Ett sätt att kringgå begränsningen är användning av multi-patterning, en litografisk teknik som går ut på att dela upp komplexa mönster till flera enklare. Dessa mönstras sedan i sekvens på kiselskivan för att nå högre precision och detaljer. Genom att göra detta i flera steg blir det möjligt att nå ännu finare detaljer och fyra steg (quad-patterning) talas det ofta om som en övre gräns till följd av teknikens nackdelar.
Medan multi-patterning finns som alternativ gör de extra exponeringarna att varje steg i processen att mönstra strukturer förlängs. TSMC har tidigare påpekat ett DUV-utrustning kan utföra en exponering med en hastighet om 250 kiselskivor per timme, ett antal som krymper till 125 med två exponeringar, dryga 62 med tre exponeringar, och så vidare. När tillgången på DUV-maskiner är en bristvara inom landet innebär det att avancerad kretstillverkning kommer på bekostnad av produktion av andra mindre komplexa, och i realiteten viktigare, halvledare.
De litografiska extrastegen kräver dessutom fler masker där strålningen måste passera och dessa måste riktas mycket precist för att få till det enhetliga mönster som eftersträvas, jämfört med att använda en mask med en exponering. En mindre felriktning ger ett negativt utfall sett till yield och därmed även prestanda, det vill säga hur hög spänning som krävs för att nå en viss klockfrekvens eller för den sakens skull ens få ut fungerande kretsar.
Varför 2026 är en möjlig brytpunkt för mer avancerad tillverkning än 7 nanometer framgår inte av rapporten. En möjlighet är att SMIC då räknar med att tillverkningen är tillräckligt mogen för att göra en mer avancerad 5-nanometersprocess gångbar även med DUV-begränsningen inräknad.
