成 都 創 芯 電 子
CHENGDU TRANTION ELECTRONIC
原裝正品 · 海量現貨 · 極速發貨

重振芯片制造,歐、日為何青睞2納米?

發表時間:2021-04-06 08:23

受貿易摩擦等多重因素的影響,全球的半導體大國均有意強化本國芯片制造能力。歐盟委員會在一項名為《2030數字指南針》計劃中,提出生產能力沖刺2nm的目標。日本政府也于近日表示將出資420億日元,聯合日本三大半導體廠商——佳能、東京電子以及Screen Semiconductor Solutions共同開發2nm工藝。

事實上,在臺積電、三星這些半導體制造龍頭的技術路線圖中,2nm同樣是需要集結重軍突破的關鍵節點。那么,為何歐洲、日本均將重振芯片制造的突破點放在2nm上?其有何特殊之處嗎?

20200413

2納米是新的 “大”節點?

晶圓制造作為半導體產業鏈的重要環節,發揮著基礎核心作用。特別是隨著5G、高性能計算、人工智能的發展,市場對先進工藝的要求越來越高。

在臺積電2020年財報中,第四季度采用最先進5nm工藝平臺加工晶圓的銷售額占總晶圓收入的20%,7nm和12nm/16nm的銷售額分別占29%和13%。也就是說領先的5nm和7nm節點占臺積電收入的49%,而高級節點(5nm、7nm、12nm/16nm)占該公司總收入的62%。

3nm是臺積電和三星兩大半導體制造巨頭當前的發展重點。兩家公司的量產計劃均落在2022年。工藝尚在試產階段,蘋果公司已經為旗下M系列和A系列處理器預訂采用這種技術的訂單。先進工藝制造在半導體產業中的重要性,由此可見一斑。

2nm作為3nm之后的下一個先進工藝節點,也早早進入人們的視野。2019年,臺積電便宣布啟動2nm工藝的研發,使其成為第一家宣布開始研發2nm工藝的公司。

同時,臺積電將在位于中國臺灣新竹的南方科技園建立2nm工廠,預計2nm工藝將于2024年進入批量生產。

按照臺積電的說法,2nm工藝研發需時4年,最快也得要到2024年才能進入投產。這段時間里5nm工藝乃至3nm工藝均會成為過渡產品,以供客戶生產芯片的需要。

半導體一向有“大小”節點之分。

以28nm為例,與40nm工藝相比,28nm柵密度更高、晶體管的速度提升了約50%,每次開關時的能耗則減小了50%。在成本幾乎相同的情況下,使用28nm工藝可以給產品帶來更加良好的性能優勢。

2011年第四季度,臺積電首先實現了28nm全世代工藝的量產。截止2014年年底,臺積電是全球28nm市場中的最大企業,它在2014年的銷售收入主要來源于28nm,占總營收的34%,占全球28nm代工市場份額的80%,產能達到130000片/月,占整個28nm代工市場產能的62%。

業界認為,14nm、7nm或5nm也是大節點。

莫大康指出,由于2nm目前尚處于研發階段,其工藝指標尚不清楚。不能輕易判斷是否為一個“大”節點。然而根據臺積電的工藝細節詳情,3nm晶體管密度已達到了2.5億個/mm2,與5nm相比,功耗下降25%~30%,功能提升了10%~15%。

2納米作為下一代節點,性能勢必有更進一步的提升,功耗也將進一步下降。市場的需求是可以預期的。這或許正是日本與歐洲在高調進軍半導體先進制造之際,力求在2nm上取得突破的原因之一。

全面進入GAA時代?

2納米在技術上革新同樣非常關鍵。根據國際器件和系統路線圖(IRDS)的規劃,在2021~2022年以后,鰭式場效應晶體管(FinFET)結構將逐步被環繞式閘極(GAA)結構所取代。

所謂GAA結構,是通過更大的閘極接觸面積提升對電晶體導電通道的控制能力,從而降低操作電壓、減少漏電流,有效降低芯片運算功耗與操作溫度。

目前,臺積電、三星在5nm/7nm工藝段都采用FinFET結構,而在下一世代的晶體管結構的選擇上,臺積電、三星卻出現分歧。

臺積電總裁魏哲家在法說會上表示,3nm的架構將會沿用FinFET結構。臺積電首席科學家黃漢森強調,之所以做此選擇是從客戶的角度出發。采用成熟的FinFET結構產品性能顯然更加穩定。

三星則選擇采用GAA結構。在今年的IEEE國際固態電路大會(ISSCC)上,三星首次公布了3nm制造技術的一些細節——3nm工藝中將使用類似全柵場效應晶體管(GAAFET)結構。

不過有消息爆出,臺積電的2nm工藝將采用GAA架構。也就是說,2nm或將是FinFET結構全面過渡到GAA結構的技術節點。在經歷了Planar FET、FinFET后,晶體管結構將整體過渡到GAAFET、MBCFET結構上。

此外,一些新材料在制造過程中也將被引入。

新思科技研究人員兼電晶體專家Moroz表示,到了未來的技術節點,間距微縮將減緩至每世代約0.8倍左右。工程師們開始探索其他許多技術,以降低金屬導線上的電阻率,從而為加速取得優勢開啟大門。其方式包括新的結構,例如跨越多個金屬層的梯度和超導孔(super-vias),以及使用鈷(Co)和釕(Ru)等新材料。

無論是結構上的創新還是新材料的引入,2nm是一個非常關鍵的節點。原有的很多技術難以滿足要求,產業界需要從器件的架構、工藝變異、熱效應、設備與材料等方面綜合解決。

歐洲、日本均將重振芯片制造的突破重點放在2nm上,目的顯然是希望在技術革新的關鍵節點導入,實現“換道超車”,同時以此為契機向1納米甚至?(埃米) 領域推進。

面臨技術與成本雙重挑戰

不過2nm的開發并不容易,隨著摩爾定律走向物理極限,芯片的制造面臨著技術與成本的雙重瓶頸。

根據莫大康的介紹,目前的EUV光刻機精度仍不足以滿足2nm的需求。光刻技術的精度直接決定工藝的精度,對于2nm的先進工藝,高數值孔徑的EUV技術還亟待開發,光源、掩模工具的優化以及EUV的良率和精度都是實現更先進工藝技術突破的重要因素。

日前,比利時微電子研究中心(IMEC)首席執行官兼總裁Luc Van den hove表示,該中心正在與ASML公司合作,開發更加先進的光刻機,并已取得進展。

近年來,IMEC一直在與ASML研究新的EUV光刻機,目標是將工藝規??s小到2nm及以下。目前ASML已經完成了NXE:5000系列的高NA EUV曝光系統的基本設計,至于設備的商業化,要等到至少2022年,而臺積電和三星拿到設備還要在2023年。

來自制造成本的挑戰更加嚴峻。有數據顯示,7nm工藝僅研發費用就需要至少3億美元,5nm工藝平均要5.42億美元,3nm、2nm的工藝起步價大約在10億美元左右。臺積電3nm工藝的總投資高達500億美元。目前在建廠方面至少已經花費200億美元,可見投入之龐大。

“盡管歐洲與日本都表達了想要在下一個技術世代來臨之際,以2納米為切入點,發展先進工藝的計劃。但如果一旦投入,將面臨用戶從哪里來,如何平衡生產成本等問題?!?莫大康指出。

品牌.jpg

成都創芯電子科技有限公司致力成為西南地區最優秀的電子元器件代理分銷商

Phone:+86-15828333292  Email:trantion@sina.com

地址:成都市郫都區菁蓉鎮靜園東路260號創夢樓1樓


關鍵詞:連接器、HRS廣瀨、IC芯片、ADI亞諾德、Xilinx FPGA、Altera FPGA、Mini-circuits、Qorvo、微波射頻、軍工芯片


丰满少妇人妻hd高清大乳在线| 精品久久亚洲中文无码| 高h猛烈失禁潮喷a片在线播放| 又黄又爽的成人免费视频| 久久国产乱子伦精品免费女| 久久久精品国产免费观看| 2012中文字幕在线中字下载| 精品久久亚洲中文无码| 国产在线国偷精品产拍| 日本被黑人强伦姧人妻完整版|