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台积电(TSM.US):3nm进度超前,2nm将转向GAA晶体管

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本文转自微信公众号“半导体行业观察”。  

晶圆代工龙头台积电(TSM.US)报喜!董事长刘德音近日受邀于2021年国际固态电路会议(ISSCC2021)开场线上专题演说时指出,台积电3纳米制程依计划推进,甚至比预期还超前了一些,3纳米及未来主要制程节点将如期推出并进入生产。台积电3纳米制程预计今年下半年试产,明年下半年进入量产。  

刘德音在演说时虽未透露3纳米进度会超前多少,但此一消息仍令市场感到振奋。  

刘德音董事长以「释放创新未来(UnleashingtheFutureofInnovation)」为演说主题,指出半导体制程微缩脚步并未减缓,摩尔定律仍然有效,台积电3纳米比预期进度超前,至于2纳米之后的电晶体架构将转向环绕闸极(GAA)的纳片(nano-sheet)架构,而极紫外光(EUV)技术可支援到1纳米。  

刘德音指出,半导体整合每踏出成功的一步,都需要付出愈来愈多的努力,而半导体技术刚推出时,虽然只有少数人采用,但是最后成果会是由大众享受,「台积电制程及制造能力可以让世界上多数人受益」。  

台积电2020年推出5纳米制程并进入量产,与7纳米相较,逻辑密度提升1.83倍,运算速度增加13%,运算功耗下降21%。台积电预计2022年推出3奈米制程,与5纳米相较逻辑密度提升1.7倍,运算速度提升11%且运算功耗可减少27%。  

刘德音也提及EUV微影技术的重要性与日俱增,他指出,EUV虽突破芯片尺寸限制,能使用较少层数的光罩,但产量仍是问题。相较于过去采用的浸润式微影技术,EUV的功耗明显提高,为此台积电已在350W激光光源技术上获得突破,可支援5纳米量产,甚至能支援到更先进的1纳米制程节点。  

台积电基于量产上的考量,5纳米及3纳米仍然采用鳍式场效电晶体(FinFET)架构,但在材料创新上有所突破,在5纳米制程导入高迁移率通道(HMC)电晶体,将锗(Ge)整合到电晶体的鳍片(fin)当中,导线也采用新一代的钴及钌等材料来持续挑战技术限制。至于2纳米之后,台积电将转向采用GAA的纳米片架构,提供比FinFET架构更多的静电控制,改善芯片整体功耗。  

台积电日前宣布将在日本成立研发中心扩展3DIC材料研究,刘德音也提及台积电在新材料上的技术创新,包括六方氮化硼(hBN)已接近实现量产,与台湾学界团队合作成功以大面积晶圆尺寸生长单晶氮化硼等。他也指出,系统整合是半导体未来发展方向,Chiplet(小芯片)是能让技术朝向正确方向发展的关键,而台积电的SoIC先进封装技术可实现3D芯片堆叠。


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