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晶片荒燒不停,台四大晶圓廠擴產解渴
美情报总监:台湾正朝独立方向发展
三星3奈米率先採用GAA 曝台積無畏關鍵

脢脌陆莽脙帽脪芒脥酶 2021-05-01 22:00:29
三星3奈米率先採用GAA 曝台積無畏關鍵
工商時報 數位編輯
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圖為台積電。圖/本報資料照片
全球晶圓代工龍頭台積電在該領域擁有超高市占率,於7奈米製程獲得重大進展,協助客戶快速進入市場,並導入極紫外光(EUV)微影技術,於2019年開始量產後,成為全球首家應用EUV技術的晶圓代工廠。

對此,競爭對手三星電子則是緊追不捨,誓言在2030年成為全球系統半導體龍頭,並搶先在3奈米製程就採用環繞閘極技術(Gate-All-Around,GAA),但台積電在鰭式場效電晶體(FinFET)架構優於三星,讓台積電可以更有效控制成本。

台積電4月法說同樣讓人驚奇,除了將今年度的資本支出上調至300億美元,並重新定義了先進製程,從先前的16奈米製程限縮至7奈米以下製程。

根據台積電2020年報顯示,台積電7奈米製程(N7) 該公司速度最快的技術之一,並同時針對行動運算應用及高效能運算元件提供優化的製程。從2018年開始量產,至2020年8月,總計為超過100個客戶產品生產超過10億顆完備無缺的晶片。

意味著台積電能夠快速生產大量晶片,亦能協助提高品質和可靠性,以及協助技術研發。導入EUV技術的7奈米FinFET強效版(N7+)於2019年量產,並替6奈米、5奈米製程技術奠定良好基礎。

至於為7奈米製程延伸的6奈米FinFET(N6)技術,於2020年第一季開始試產,採用EUV技術取代傳統的浸潤式微影技術,藉此提高良率與縮短生產周期。由於設計方法與上一代相同,其邏輯電晶體密度增加約18%,截至2020年底,已接獲超過20個N6產品投片。預期在未來幾年,大部分採用N7技術的客戶都會轉換到N6技術。

5奈米製程在去年開始量產後,5奈米FinFET強效版(N5P)於2020年底獲得多個客戶產品投片,並預計2021年進行N5P技術量產。相較於N7,N5P技術速度增快約20%,或功耗降低約40%。市場傳聞,蘋果M2晶片已經在4月開始量產,預計在今年下半年發表的Mac系列產品搭載。

至於同為5奈米家族的4奈米FinFET(N4)技術,具備相容的設計準則,同時為下一世代5奈米技術產品提供在效能、功耗,以及密度進一步的,預計在2022年開始量產。

至於3奈米製程將繼續採用FinFET,該技術領先全球,並針對行動通訊與高效能運算應用提供優化的製程,預期2022年將獲得多個客戶投片,並於當年度下半年量產。

三星想在3奈米製程就採用的GAA技術,早在1988年就問世,一種是採用奈米線做為電晶體鰭片的GAAFET,另外一種則是奈米片形式的較厚鰭片的多橋通道場效應電子電晶體 MBCFET,大多是以GAAFET來描述。

該種設計更有效擴張接觸面積,理論上讓性能與功耗大幅改善,但在當時電晶體通道只能加寬1或2倍,精度難以控制,甚至使得效率變差,導致FinFET更早一步被業界踏入先進製程領域廣為使用。

不過,就如同台積電所述,該公司在FinFET架構擁有優於業界的技術,在過去的製程技術上,電晶體密度、鰭片間距(FinPitch)表現上也更優秀,讓台積電可以更有效控制成本,協助在3奈米製程有機會繼續勝過三星。

劉德音2月接受2021年國際固態電路會議(ISSCC 2021)開場線上專題演說時指出,台積電3奈米製程計畫比預期早一些,未來主要製程節點將如期生產。至於2奈米製程,台積電將轉向採用GAA的奈米片架構,提供比FinFET架構更多的靜電控制,改善晶片整體功耗。

劉德音指出,系統整合是半導體未來發展方向,Chiplet(小晶片)是能讓技術朝向正確方向發展的關鍵,而台積電SoIC先進封裝技術可實現3D晶片堆疊。
(中時新聞網 呂承哲)
工商時報

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