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台积电3nm制程已进入实验阶段,2nm或在2025年前问世

作者:小猫芯城 发布时间:2018/11/1 来源:小猫芯城 浏览量:82 相关关键词: 台积电3nm
台积电
  两日后,台积电运动会上,刘德音首度以董事长身份主持,呼应魏哲家的信心喊话,再次强调台积电7纳米制程今年下半年将大幅量产,也已经跟很多客户合作,明年将有超过一百个产品设计定案,7纳米营收比重将会超过20%,而采用极紫外光(EUV)设备的7纳米制程加强版约后年量产,客户大量采用预计会落在2020年,至于5纳米制程也将在明年春天试产。

  全球晶圆代工龙头厂台积电南京12英寸晶圆厂今日风光开幕,未来将与大陆的IC设计公司共同发展成为半导体业强大的力量。事实上,台积电7纳米制程明年营收占比估逾2成,有望持续领先对手,7纳米制程加强版以及5纳米进度也按计划进行,3纳米制程技术更已进入实验阶段,业内人士更透露,3纳米制程在"GateAllAround(GAA)"、环绕式闸极技术上已有新突破。

  台积电在财报会前夕遭到外资调降目标价,将原先223元(新台币,下同)下修到211元,评等由中立降为减码,但台积电总裁魏哲家于财报会上信心喊话;受惠于7纳米及12纳米产能开出,抵消加密货币挖矿运算特殊应用芯片(ASIC)订单减少压力,第四季营收有望创下历史新高,业内人士预期单季获利将上看千亿元。

  两日后,台积电运动会上,刘德音首度以董事长身份主持,呼应魏哲家的信心喊话,再次强调台积电7纳米制程今年下半年将大幅量产,也已经跟很多客户合作,明年将有超过一百个产品设计定案,7纳米营收比重将会超过20%,而采用极紫外光(EUV)设备的7纳米制程加强版约后年量产,客户大量采用预计会落在2020年,至于5纳米制程也将在明年春天试产。

  魏哲家和刘德音各自的一席话,显现出台积电对于纳米制程的进度规划全在掌握之中,不过不只7纳米和7纳米制程加强版以及5纳米顺利进行,3纳米制程技术也进入实验阶段。据业内人士透露,台积电有着优秀的员工和强大的分析能力,3纳米制程在环绕式闸极技术上有了新突破。

  根据专业媒体报导指出,目前纳米制程世代多数采用立体结构,就是所谓"FinFET"「鳍式场效晶体管」,此结构的通道是竖起来而被闸极给包围起来的,因为形状像鱼类的鳍而得名,如此一来闸极偏压便能有效调控通道电位,因而改良开关特性,但是FinFET在经历14/16nm、7/10nm这两个制程世代后,不断拉高的深宽比(aspectratio)让前段制程已逼近物理极限,再继续微缩的话,先不提电性是否还能有效提升,就结构而言就已有许多问题。

  比方说以硅形成的「鳍」由于材料内部应力作用,太细、高的「鳍」会无法维持直立的形状而形成「扭线」(wiggling),而在极紫外光(EUV)导入制程后,此一状况会更严重,原因是光子本身存在的随机效应造成photonshotnoise现象。更何况,不断微缩后,越来越细的闸极对通道的控制能力不足,鳍状通道底部终究还是会成为漏电流的来源,因此学术界很早开始就提出5纳米以下的制程需要走「环绕式闸极」的结构,顾名思义,是FinFET中已经被闸极给三面环绕的通道,在GAA中将是被闸极给四面包围,预期此一结构将达到更好的供电与开关特性。只要静电控制能力增加,则闸极的长度微缩就能持续进行,摩尔定律重新获得延续的动力。

  业内人士进一步表示,台积电已经做出环绕式闸极的结构,外型就像类圆形般,但因为尺寸比前一代缩小30%,也必须导入新材料InAsGenanowireandSiliconnanowire,因此制程技术上相当困难,尤其是在蚀刻部分是大挑战,不过以优势来说,环绕式闸极的结构将可以改善ESD静电放电、且优化尖端放电的问题,材料厂的高管也认为,「环绕式闸极」的结构得以继续微缩栅长尺寸。

  曾在台积电、中芯国际任职的管理阶层认为,要做出环绕式闸极的结构,搭配极紫外光(EUV)设备是绝对必要的,但还要克服在光刻和蚀刻上的制程难度,尤其因为线宽极小,高选择比就非常重要,也就是所谓的蚀刻和侧蚀的蚀刻比例,毕竟不同材料有不同的蚀刻速率,不过因为制程难度高、成本提升,管理层不认为台积电在3纳米制程的新突破,可以更加大幅度的甩开三星和英特尔。

  因为在3纳米制程部分,除了技术困难外,制造成本也是是相当巨大。3纳米制程的开发费用,至少耗资40亿至50亿美元,每月40000片晶圆的晶圆厂成本将达到150亿至200亿美元。此外设计成本也是一个问题,一般来说,IC设计成本从28纳米的5130万美元跃升至7纳米的2.978亿美元和5纳米的5.422亿美元,在3纳米时,IC设计成本更是可能会高达5亿美元到15亿美元不等,所以业内也有一派声音认为,真的可以在3纳米甚至是2纳米找到符合成本效益的商业模式吗?

  电子产业一直遵循摩尔定律所设定的开发蓝图——芯片上可容纳的晶体管数量大约每隔两年增加1倍,个人电脑(PC)到智能手机等产品的尺寸越来越小、速度越来越快,价格却越来越便宜。台积电创办人张忠谋在六月中旬曾发表言论,台积电会不断挑战摩尔定律,强调2纳米制程仍可望在2025年前问世,但业内人士认为,2纳米可能就是极限了。

  一直视摩尔定律为准则的半导体产业,或许就像张忠谋曾经所言,摩尔定律是半导体技术关键的监督者。虽然现在有点松动,但直到现今,市场还是照着摩尔定律在走,展望未来,2.5D/3D封装、极紫外光、AI和深度学习的驱动力、芯片架构(如鳍式场效晶体管),以及新材料等如碳导管跟石墨烯等,可能会成为下一代半导体新技术,值得进一步关注。


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