8nm：只差1nm的距離
和臺積電針對7nm的態(tài)度不同，三星似乎很早就鐵了心要給7nm直接上EUV，而不像臺積電那樣仍在早期的7nm方案中采用DUV和多重曝光 。而在7nm EUV真正成熟以前，其過渡節(jié)點是一種名為8nm LPP的工藝，聽起來也就少了1nm——雖然如今的這個數字不過就是個營銷名詞罷了 。
采用8nm LPP相對知名的芯片也就是三星自家的Exynos 9820了，即應用于Galaxy S10手機的那款主SoC 。在我們先前的對比文章中就不難發(fā)現(xiàn)，Exynos 9820相較同代、相近IP方案的產品，在性能和效率方面是多有不及的[5] 。這個鍋當然不能完全由8nm LPP工藝來背，但8nm LPP也絕對是拖后腿的重要一環(huán) 。
8nm LPP是三星最后一代完全的DUV工藝技術 。三星認為7nm的正確選擇一定是EUV，但在10nm和7nm之間又有個空缺位置，所以8nm就誕生了 。從一些關鍵參數來看，8nm LPP更像是三星10nm的改良加強版 。即便就其名稱來看，它與7nm十分接近 。
三星早前宣稱，其10nm工藝的gate pitch是64nm，Wikichip從高通獲悉實際的值應該是68nm[6] 。M1, Mx pitch為48nm（這個值應該可以理解成interconnect pitch最小金屬間距） 。在8nm這個節(jié)點上，這兩個值分別是64nm、44nm，相較10LPP節(jié)點的確有縮減，但縮減幅度比較有限，相比臺積電N7的距離也不小 。而且三星8nm LPP的fin pitch相較10nm LPP沒有變化 。
不過最小金屬間距來到44nm這個尺寸，DUV也需要quad patterning（四重曝光）——就這個意義來說，8nm LPP的成本也真的不低 。因為ArF光源本身的波長有193nm，要克服衍射效應、光刻更小的圖案，業(yè)界為此引入了不少方案包括光學鄰近效應修正（optical proximity correction）、雙重曝光（double patterning）、四重曝光（quad patterning） 。在雙重曝光的方案上，三星選擇的技術叫LELE（Litho-Etch-Litho-Etch），而不是SADP（自對準雙重圖案曝光） 。
這里我們簡單談一談LELE的原理，借此亦可理解DUV多重曝光的基本思路，即便不同方案的步驟會有差異[7] 。首先如上圖所示，要有基底（substrate）、圖案層（device layer）、硬掩膜（hardmask） 。在LELE方案中，如果我們要達成interconnect pitch（最小金屬間距）為64nm，那么就有了如下工序 。
光刻膠（photoresist）在mask覆蓋下曝光，形成需要的圖案 。由于我們的目標是64nm的interconnect pitch，所以起始圖案間距可以控制在128nm（左上圖：Litho 1）；隨后就將圖案，通過第一次蝕刻轉到硬掩膜之上——殘留的這層硬掩膜會作為后續(xù)步驟的掩膜存在（右上圖：Etch 1）；用另一組圖案和光刻膠，重復該過程，仍采用相同的128nm圖案間距進行光刻（左下圖：Litho 2）；最后再用硬掩膜和光刻膠作為蝕刻掩膜，二次蝕刻后就在下面的圖案層形成了所需的圖案（右下圖：Etch 2），由于兩次litho-etch（光刻-蝕刻）操作，就形成了64nm的interconnect pitch 。
在10nm制程上，三星用到了三重曝光LELELE 。三星在8nm節(jié)點上也并沒有采用如今廣為人知的SAQP（自對準四重圖案曝光），而是LELELELE（四次LE） 。三星也是行業(yè)內第一家采用LELELELE做多重曝光的，這種方案帶來了更大的設計彈性，不過實際也伴隨更大的復雜性和問題 。
在8nm這代工藝節(jié)點上，三星也提供兩種standard cell方案，分別是HD高密度、uHD超高密度 。其中HD cell和10nm LPP節(jié)點一致；uHD是全新的cell方案，去掉一個P fin，cell高度縮減至0.9倍 。三星宣稱這種方案比之前的10LPP cell縮減了15%的邏輯面積 。上面這張圖是NAND2門的10nm HD與8nm uHD工藝對比，還是能夠看到尺寸縮減的 。
相對更具體地對比一下，三星10nm HD實現(xiàn)的晶體管密度大約51.8 MTri/mm2，8nm uHD可達成的晶體管密度為61.2 MTr/mm2 。這個值與臺積電N7 HP高性能方案還比較接近，但和N7 HD高密度低功耗方案就有些距離了 。
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