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In der Analyse des Huawei Kirin 9030 hat das für solche Arbeiten bekannte Unternehmen TechInsights nun seine Ergebnisse veröffentlicht. Huawei lässt den Chip aufgrund der Exportbeschränkungen nicht bei TSMC, sondern beim teilweise staatlichen Unternehmen Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) fertigen. Die fortschrittlichste Fertigung bewegt sich in der 5-nm-Klasse und wird als SMIC N+3 beschrieben.
Ebenfalls aufgrund von Exportbeschränkungen muss sich SMIC zudem auf den Einsatz von Deep Ultraviolet Lithography (DUV) beschränken und kann die modernste EUV-Lithografie, wie sie für einige Lagen für die High-End-Chips inzwischen unumgänglich ist, nicht einsetzen. TechInsights hat bestätigt, dass die N+3-Fertigung von SMIC trotz der beeindruckenden Umsetzung mit erheblichen Herausforderungen hinsichtlich der Ausbeute konfrontiert ist. Infolgedessen wird der Huawei Kirin 9030 vermutlich nicht kostenneutral hergestellt.
Der Grund sind Verfahren wie das Self-Aligned Quadruple Patterning (SAQP). Beim SAQP-Verfahren kommen Spacer zum Einsatz, die sich als Seitenwände an vorhandene Strukturen anlagern. Durch eine Abfolge von Abscheidung und anisotropem Ätzen entstehen daraus zwei zusätzliche Linien. Wird die Prozessführung – insbesondere die Dicke der abgeschiedenen Schicht – präzise optimiert, lässt sich die ursprüngliche Liniendichte verdoppeln. So entstehen Strukturen, die nur noch halb so groß sind wie der lithografische Linienabstand.
Huawei und SMIC verfeinern diesen Ansatz offenbar weiter: Zum Einsatz kommen spezielle Fotolacke und maßgeschneiderte Ätzprofile, die auf eine Mehrfach-Spacer-Technik hindeuten. Damit soll theoretisch eine achtfache Steigerung der Pitch-Auflösung möglich sein – aus 40 nm würden 5 nm. In einer weiteren Iteration wäre sogar Faktor 16 denkbar.
In der Praxis bleibt ein solches Verfahren jedoch extrem komplex. Die größte Herausforderung liegt darin, eine stabile Ausbeute zu erzielen – an dieser Hürde sind schon etliche Hersteller gescheitert. Jede zusätzliche Belichtung erhöht das Risiko für Defekte, und bei mehrfacher Strukturierung vervielfacht sich dieser Effekt. Entsprechend entscheidend ist die exakte Abstimmung aller Prozessschritte im Multiple-Patterning-Verfahren.
Vermutlich verwendet SMIC für das Verfahren noch Lithografiesysteme von ASML. Die neueren Modelle dürfen nicht mehr nach China exportiert werden. Das chinesische Unternehmen Shanghai Yuliangsheng Technology arbeitet an der Entwicklung eigener Belichtungssysteme, die den technischen Standard der ASML-Scanner aus dem Jahr 2008/2010 aber noch nicht erreicht haben. China unternimmt aber große Anstrengungen, um in diesem Bereich unabhängiger zu werden.
