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臺積電3納米技術(shù)有望突破 5納米明年試產(chǎn)

電子工程師 ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-11-05 16:39 ? 次閱讀
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全球晶圓代工龍頭廠臺積電南京12英寸晶圓廠昨日風(fēng)光開幕,未來將與大陸的IC 設(shè)計公司共同發(fā)展成為半導(dǎo)體業(yè)強大的力量。

事實上,臺積電7納米制程明年營收占比估逾2成,有望持續(xù)領(lǐng)先對手,7納米制程加強版以及5納米進度也按計劃進行,3納米制程技術(shù)更已進入實驗階段,業(yè)內(nèi)人士更透露,3納米制程在"Gate All Around(GAA) "、環(huán)繞式閘極技術(shù)上已有新突破。

臺積電在財報會前夕遭到外資調(diào)降目標價,將原先223元(新臺幣,下同)下修到211元,評等由中立降為減碼,但臺積電總裁魏哲家于財報會上信心喊話;受惠于7納米及12納米產(chǎn)能開出,抵消加密貨幣挖礦運算特殊應(yīng)用芯片(ASIC)訂單減少壓力,第四季營收有望創(chuàng)下歷史新高,業(yè)內(nèi)人士預(yù)期單季獲利將上看千億元。

兩日后,臺積電運動會上,劉德音首度以董事長身份主持,呼應(yīng)魏哲家的信心喊話,再次強調(diào)臺積電7納米制程今年下半年將大幅量產(chǎn),也已經(jīng)跟很多客戶合作,明年將有超過一百個產(chǎn)品設(shè)計定案,7納米營收比重將會超過20%,而采用極紫外光(EUV)設(shè)備的7納米制程加強版約后年量產(chǎn),客戶大量采用預(yù)計會落在2020年,至于5納米制程也將在明年春天試產(chǎn)。

魏哲家和劉德音各自的一席話,顯現(xiàn)出臺積電對于納米制程的進度規(guī)劃全在掌握之中,不過不只7納米和7納米制程加強版以及5納米順利進行,3納米制程技術(shù)也進入實驗階段。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露,臺積電有著優(yōu)秀的員工和強大的分析能力,3納米制程在環(huán)繞式閘極技術(shù)上有了新突破。

根據(jù)專業(yè)媒體報導(dǎo)指出,目前納米制程世代多數(shù)采用立體結(jié)構(gòu),就是所謂"FinFET"「鰭式場效晶體管」,此結(jié)構(gòu)的通道是豎起來而被閘極給包圍起來的,因為形狀像魚類的鰭而得名,如此一來閘極偏壓便能有效調(diào)控通道電位,因而改良開關(guān)特性。

但是FinFET在經(jīng)歷14/16nm、7/10nm這兩個制程世代后,不斷拉高的深寬比(aspect ratio)讓前段制程已逼近物理極限,再繼續(xù)微縮的話,先不提電性是否還能有效提升,就結(jié)構(gòu)而言就已有許多問題。

比方說以硅形成的「鰭」由于材料內(nèi)部應(yīng)力作用,太細、高的「鰭」會無法維持直立的形狀而形成「扭線」 (wiggling),而在極紫外光(EUV)導(dǎo)入制程后,此一狀況會更嚴重,原因是光子本身存在的隨機效應(yīng)造成photon shot noise現(xiàn)象。

更何況,不斷微縮后,越來越細的閘極對通道的控制能力不足,鰭狀通道底部終究還是會成為漏電流的來源,因此學(xué)術(shù)界很早開始就提出5納米以下的制程需要走「環(huán)繞式閘極」的結(jié)構(gòu),顧名思義,是FinFET中已經(jīng)被閘極給三面環(huán)繞的通道,在GAA中將是被閘極給四面包圍,預(yù)期此一結(jié)構(gòu)將達到更好的供電與開關(guān)特性。只要靜電控制能力增加,則閘極的長度微縮就能持續(xù)進行,摩爾定律重新獲得延續(xù)的動力。

業(yè)內(nèi)人士進一步表示,臺積電已經(jīng)做出環(huán)繞式閘極的結(jié)構(gòu),外型就像類圓形般,但因為尺寸比前一代縮小30%,也必須導(dǎo)入新材料InAsGe nanowire and Silicon nanowire,因此制程技術(shù)上相當(dāng)困難,尤其是在蝕刻部分是大挑戰(zhàn),不過以優(yōu)勢來說,環(huán)繞式閘極的結(jié)構(gòu)將可以改善ESD靜電放電、且優(yōu)化尖端放電的問題,材料廠的高管也認為,「環(huán)繞式閘極」的結(jié)構(gòu)得以繼續(xù)微縮柵長尺寸。

曾在臺積電、中芯國際任職的管理階層認為,要做出環(huán)繞式閘極的結(jié)構(gòu),搭配極紫外光(EUV)設(shè)備是絕對必要的,但還要克服在光刻和蝕刻上的制程難度,尤其因為線寬極小,高選擇比就非常重要,也就是所謂的蝕刻和側(cè)蝕的蝕刻比例,畢竟不同材料有不同的蝕刻速率,不過因為制程難度高、成本提升,管理層不認為臺積電在3納米制程的新突破,可以更加大幅度的甩開三星英特爾。

因為在3納米制程部分,除了技術(shù)困難外,制造成本也是是相當(dāng)巨大。3納米制程的開發(fā)費用,至少耗資40億至50億美元,每月40000片晶圓的晶圓廠成本將達到150億至200億美元。

此外設(shè)計成本也是一個問題,一般來說,IC設(shè)計成本從28納米的5130萬美元躍升至7納米的2.978億美元和5納米的5.422億美元,在3納米時,IC設(shè)計成本更是可能會高達5億美元到15億美元不等,所以業(yè)內(nèi)也有一派聲音認為,真的可以在3納米甚至是2納米找到符合成本效益的商業(yè)模式嗎?

電子產(chǎn)業(yè)一直遵循摩爾定律所設(shè)定的開發(fā)藍圖——芯片上可容納的晶體管數(shù)量大約每隔兩年增加1倍,個人電腦(PC)到智能手機等產(chǎn)品的尺寸越來越小、速度越來越快,價格卻越來越便宜。

臺積電創(chuàng)辦人張忠謀在六月中旬曾發(fā)表言論,臺積電會不斷挑戰(zhàn)摩爾定律,強調(diào)2納米制程仍可望在2025年前問世,但業(yè)內(nèi)人士認為,2納米可能就是極限了。

一直視摩爾定律為準則的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),或許就像張忠謀曾經(jīng)所言,摩爾定律是半導(dǎo)體技術(shù)關(guān)鍵的監(jiān)督者。

雖然現(xiàn)在有點松動,但直到現(xiàn)今,市場還是照著摩爾定律在走,展望未來,2.5D/3D封裝、極紫外光、AI深度學(xué)習(xí)的驅(qū)動力、芯片架構(gòu)(如鰭式場效晶體管),以及新材料等如碳導(dǎo)管跟石墨烯等,可能會成為下一代半導(dǎo)體新技術(shù),值得進一步關(guān)注。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:臺積電風(fēng)光無限:3納米GAA技術(shù)突破!5納米來年試產(chǎn)!

文章出處:【微信號:IC-008,微信公眾號:半導(dǎo)體那些事兒】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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