《電子技術(shù)應(yīng)用》
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7nm制程節(jié)點(diǎn)群雄紛爭 鹿死誰手一戰(zhàn)見分曉

2016-10-25
關(guān)鍵詞: TSMC Intel EUV SRAM

       臺積電將與競爭對手Globalfoundries/三星聯(lián)盟公開比拚7奈米制程技術(shù)細(xì)節(jié)…

  在一場將于12月舉行的技術(shù)研討會上,晶圓代工大廠臺積電(TSMC)將與競爭對手Globalfoundries、三星(Samsung)結(jié)成的夥伴聯(lián)盟,公開比較7奈米制程技術(shù)的細(xì)節(jié);后三家廠商的制程技術(shù)將會采用極紫外光微影(EUV)已達(dá)成令人印象深刻的進(jìn)展,不過因?yàn)镋UV量產(chǎn)方面遭遇的挑戰(zhàn),臺積電看來會是率先讓7奈米制程上市的半導(dǎo)體廠商。

  2016年度國際電子元件會議(International Electron Devices Meeting,IEDM)將于12月3日在美國舊金山舉行;在該會議的一份摘要簡介上,Globalfoundries與三星聲稱,藉由采用EUV,他們能為FinFET提供前所未有的:“最緊密多晶矽間距(44/48nm)以及金屬化間距(36nm)。”

  上述的間距超越了英特爾(Intel)在8月份發(fā)表其10奈米制程時聲稱的56奈米電晶體閘極間距;當(dāng)時Intel聲稱該間距在10奈米節(jié)點(diǎn)領(lǐng)先業(yè)界,并計(jì)劃在明年量產(chǎn)。產(chǎn)業(yè)觀察家則認(rèn)為,臺積電與三星還是可能會領(lǐng)先英特爾,因?yàn)楹笳咭呀?jīng)延緩了發(fā)表新制程技術(shù)的速度,因?yàn)橐冯S摩爾定律(Moore’s Law)的腳步,變得越來越復(fù)雜且代價(jià)高昂。

  至于臺積電則將在今年的IEDM介紹采用浸潤式步進(jìn)機(jī)(immersion stepper)在其7奈米制程節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)的0.027μm見方 SRAM測試單元;該256Mit、6電晶體SRAM號稱具備迄今最小的單元尺寸,而且支援:“耗電僅0.5V的完整讀/寫功能。”

  上述摘要呼應(yīng)了臺積電在9月份于美國矽谷的一場會議上對7奈米節(jié)點(diǎn)的首度著墨,表示該制程將會:“提供比臺積電商業(yè)化16奈米FinFET制程高三倍以上的電晶體閘極密度,以及速度的提升(35~40%)或功耗的降低(>65%)。”

  市場研究機(jī)構(gòu)VLSI Research總裁G. Dan Hutcheson表示:“7奈米制程顯然是今年度IEDM的主角;關(guān)鍵訊息是,摩爾定律還未停止腳步,因?yàn)榭蛻暨€在準(zhǔn)備朝7奈米邁進(jìn)。”

  三星在不久前發(fā)表其10奈米制程,表示將跳過一個采用目前浸潤式微影技術(shù)的7奈米節(jié)點(diǎn)版本,不過將會推出采用EUV的7奈米節(jié)點(diǎn),目標(biāo)是在2018年底以前量產(chǎn);而臺積電則表示,該公司至少會在2017年限量生產(chǎn)采用浸潤式步進(jìn)機(jī)的7奈米制程。

  最終結(jié)果是,在18個月之后,IC設(shè)計(jì)業(yè)者會看到至少三種不同的7奈米制程,包括臺積電與Globalfoundries分別推出的浸潤式微影版本,以及Globalfoundries與三星聯(lián)盟開發(fā)的EUV版本;英特爾尚未發(fā)表其7奈米制程細(xì)節(jié),但預(yù)期電晶體密度將繼續(xù)上升、每電晶成本還會進(jìn)一步下降。

  根據(jù)IEDM的摘要,Globalfoundries與三星的7奈米節(jié)點(diǎn)為了加速訊號傳輸,將采用一個厚應(yīng)變松弛緩沖虛擬基板(strain-relaxed buffer virtual substrate)上的雙應(yīng)變通道,結(jié)合張力應(yīng)變(tensile-strained) NMOS與壓縮應(yīng)變(compressively strained) SiGe PMOS之強(qiáng)化,將電流分別拉升11%與20%;這種方法應(yīng)用創(chuàng)新的溝槽式磊晶(trench epitaxy),將大幅擴(kuò)展的接觸區(qū)域電阻最小化。

  Globalfoundries在9月份時表示,該公司已經(jīng)自行開發(fā)了采用浸潤式步進(jìn)機(jī)的7奈米制程,預(yù)計(jì)2018年量產(chǎn);但該公司當(dāng)時并未提及是否仍與三星在EUV版本上進(jìn)行合作。Globalfoundries一位發(fā)言人表示,浸潤式7奈米制程將達(dá)到1,700萬電晶體閘極/每平方mm的邏輯密度。

  IEDM的摘要指出,臺積電的7奈米制程將采用提升的源/汲極磊晶制程,收緊電晶體通道并僅減少寄生效應(yīng),此外采用創(chuàng)新的接觸方法以及銅/low-k互連架構(gòu),具備不同的金屬間距(pitch)與堆疊特性(stack)。

  晶片制造商之間的競爭日益白熱化而且差距縮小,最新的市場變化顯示,臺積電與Globalfoundries/三星具備超越晶片產(chǎn)業(yè)龍頭英特爾成為制程技術(shù)領(lǐng)先者的態(tài)勢。而在近期之內(nèi),只有少數(shù)廠商能繼續(xù)負(fù)擔(dān)得起追隨摩爾定律腳步所需的成本,估計(jì)應(yīng)用于7奈米以下的EUV設(shè)備成本超越1億美元。

  然而,EUV的晶圓產(chǎn)能、良率與可靠度仍遠(yuǎn)未達(dá)到量產(chǎn)要求;對此Hutcheson預(yù)期,相關(guān)問題可望在接下來兩年解決:“比起四重圖形(quad patterning),EUV已經(jīng)具備量產(chǎn)價(jià)值,接下來兩年該系統(tǒng)將會在晶圓廠進(jìn)行測試,使其達(dá)到生產(chǎn)價(jià)值。”

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