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晶圓製造突破戰！EUV光刻機加持後，硝煙再起！

文章出處：91香蕉国产成人APP開關原創 人氣：發表時間：2020-10-29 11:24
對於芯片產業來說，製程工藝是一個大家耳熟能詳的一個詞。然而隨著摩爾定律的限製，不少廠商都在尋找繼續突破的辦法。為了從22nm過渡到16nm，幾乎所有從事半導體製造的領頭羊企業都選擇從平麵晶體管轉為FinFET晶體管，由平麵轉向立體。
 

 
然而目前半導體製程麵臨的又一大壁壘則是5nm，要突破到5nm以下，就不得不選擇全新的解決思路，比如使用極紫外光刻機（EUV）等，然而不同的半導體廠商紛紛踏上了不同的羅馬大路。
 
三星
 
三星為了化身半導體行業的領軍人，去年正式發布了“2030願景”戰略，在2030年之前投資133萬億韓元（1105.1億美元）。如今三星已在做出了一係列舉措，比如開發3nm工藝、投資神經處理單元與AMD合作開發移動GPU等。三星如今已在韓國與美國建立了先進的300mm晶圓廠，在韓國和中國蘇州也有測試和封裝的產線。
 
三星將借助EUV在FinFET上實現5nm和4nm，目前三星也在加快第三個EUV節點的量產計劃。而到了3nm上，三星將采用全新的GAA（環繞式柵極）結構。最典型的GAA就是納米線，但由於納米線的高成本，三星設計了一種全新的GAA形式MBCFET。MBCFET由多層堆疊的納米片組成，從FinFET的橫向堆疊改為垂直堆疊，兼容已有的FinFET設計。三星計劃2020年提供首批3nm GAA工藝客戶流片，2020年末進行試產，2021年末正式進入量產。
 
在三星的規劃中，14nm製程將作為低成本的首選，主要用於存儲、小芯片、DDR4和PCIe 4等應用；8nm主打性價比，已經可以用於AI交互、DDR5、PCIe 5和GPU，比如英偉達最新的RTX30係列。5nm和4nm則主要用於下一代CPU、AI訓練，並實現112G的SerDes速率，采用2.5D、3D TSV和FOWLP等先進封裝。三星在汽車上使用的先進工藝主要是14nm與8nm，提供AEC-Q100和ASIL B/D的認證，以及MIPI、內存、PCIe、以太網和安全等應用上的關鍵IP，輔以低成本高性能的封裝。
 
英特爾
 
英特爾的製程迭代之路就比較坎坷，不過與廣大代工廠不同的是，他們並不需要保持製程優勢，隻要能在維持競爭力的情況下滿足客戶需求即可。因此Intel在14nm上徘徊了很長時間，直到2019年的處理器才開始使用10nm製程，而今年又爆出了7nm製程出現問題，產品線全麵延遲，甚至解雇了芯片業務的主要負責人，甚至在考慮未來是尋求代工合作還是購買更多的7nm設備。這主要歸結於EUV的使用過晚，和技術業務架構上的失誤。
 
作為最早實現FinFET的廠商之一，Intel並不想在製程上落後於人，但他們更重視於晶體管密度的提升而不是單單的製程升級。今年8月，英特爾正式公布了10nm下的SuperFin技術，用於下一代Tiger Lake芯片中，並保證其功耗效率可以與台積電的7nm相抗衡。在今年的第三季度財報會議上，Intel CEO司瑞博提到他們已經找到了7nm工藝問題的根源，部署了解決方案，取得了驚人的進展。此外，Intel在今年提出未來五年內將采用GAA結構，但他們所用的正是三星所拋棄的納米線。從Intel的路線圖來看，GAA結構也許會用於5nm製程工藝中。
 
台積電
 
台積電目前5nm製程已經實現量產，專門針對移動應用以及高效能運算應用開發。該製程為台積電第二代運用極紫外（EUV）技術的製程，早在去年3月就已經進入了試產階段，於今年開始量產。目前蘋果的A14芯片以及華為海思的麒麟9000係列芯片都采用了台積電的5nm製程，未來AMD的Zen 4 CPU也將使用這一技術。此外台積電預計5nm推出一年後，將推出5nm FinFet強化版製程技術N5P，提升5%的性能，降低10%的功耗。
 
而5nm之後，台積電打算先推出N4製程，通過進一步部署EUV層來減少光罩，並將芯片設計者的移植工作量減少到最小。台積電預計N4的試產將於2021年第四季度開始，量產則要等到2022下半年，因此香蕉APP污视频也許隻能在2023年才得以看到4nm芯片登場。而在3nm節點上，台積電並不打算采用GAA結構，而是繼續維持在FinFET。台積電強調，他們對現有的FinFET技術打造了顯著的升級，使其能夠達到下一代的性能表現。台積電還提到了FinFET的可預見性能使他們在批準時間線內成功交付該製程下的產品。這句話也許才是台積電固守FinFET的根本原因，作為晶圓代工廠，滿足客戶的交期才是最關鍵的目標。而GAA這種先進結構，未知性太大，一旦產量和良率無法保證，將對公司造成巨大的打擊。
 
中芯國際
 
中芯國際目前第一代14nm的FinFET已經取得了突破，並在2019年第四季度進入了量產階段，也是目前大陸自主研發集成電路的最高製程水平。盡管中國大陸的製程工藝比較落後，但中芯國際在更先進製程上的研發早就開始了。中芯國際從28nm直接進入14nm，跳過了20nm的節點，未來也很有很可能直接實現製程飛躍。
 
2017年底，中芯國際就已經開始投入研發資金開發7nm工藝。中芯國際的N+1與N+2製程並沒有宣稱是7nm，也不會采用EUV工藝。隻有等到設備就緒後，N+2後的製程將使用EUV進一步推進製程迭代。今年10月11日，主營業務為IP和定製芯片的芯動科技宣布已經完成了基於中芯國際FinFET N+1工藝的芯片流片和測試。據高盛預測，中芯國際在2022年可以成功過渡到7nm工藝，2024年下半年將可以實現5nm工藝。
 
從幾大公司的研發投入來看，製程突破不僅耗時，而且耗財。像英特爾這樣的IDM芯片廠商，出現製程問題後，都觸發了一係列負麵影響，更不用說其他代工廠了。與此同時，芯片製程的迭代不代表對過去技術的完全拋棄，最新的製程仍將是高性能的代名詞，也是AI、5G、自動駕駛等技術的陪綁宣傳，但其餘製程下的產品仍將在各個應用領域中生根發芽，這也是為什麽台積電還在推出N12e新製程的原因。國內雖然起步較晚，但是隨著製程工藝的推進愈發困難，相信未來很快就會迎頭趕上。

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