臺(tái)積電將與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(chǎng)將于12月舉行的技術(shù)研討會(huì)上，晶圓代工大廠臺(tái)積電(TSMC)將與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(huì)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(guò)因?yàn)镋UV量產(chǎn)方面遭遇的挑戰(zhàn)，臺(tái)積電看來(lái)會(huì)是率先讓7奈米制程上市的半導(dǎo)體廠商。
2016年度國(guó)際電子元件會(huì)議(International Electron Devices Meeting，IEDM)將于12月3日在美國(guó)舊金山舉行；在該會(huì)議的一份摘要簡(jiǎn)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)?！?/p>
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(shí)聲稱的56奈米電晶體閘極間距；當(dāng)時(shí)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(tái)積電與三星還是可能會(huì)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(lái)越復(fù)雜且代價(jià)高昂。
至于臺(tái)積電則將在今年的IEDM介紹采用浸潤(rùn)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(cè)試單元；該256Mit、6電晶體SRAM號(hào)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?！?/p>
上述摘要呼應(yīng)了臺(tái)積電在9月份于美國(guó)矽谷的一場(chǎng)會(huì)議上對(duì)7奈米節(jié)點(diǎn)的首度著墨，表示該制程將會(huì)：“提供比臺(tái)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%)?！?/p>
市場(chǎng)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(guò)一個(gè)采用目前浸潤(rùn)式微影技術(shù)的7奈米節(jié)點(diǎn)版本，不過(guò)將會(huì)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(tái)積電則表示，該公司至少會(huì)在2017年限量生產(chǎn)采用浸潤(rùn)式步進(jìn)機(jī)的7奈米制程。
最終結(jié)果是，在18個(gè)月之后，IC設(shè)計(jì)業(yè)者會(huì)看到至少三種不同的7奈米制程，包括臺(tái)積電與Globalfoundries分別推出的浸潤(rùn)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(huì)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(hào)傳輸，將采用一個(gè)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(shí)表示，該公司已經(jīng)自行開發(fā)了采用浸潤(rùn)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(shí)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(rùn)式7奈米制程將達(dá)到1,700萬(wàn)電晶體閘極/每平方mm的邏輯密度。
IEDM的摘要指出，臺(tái)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(jìng)爭(zhēng)日益白熱化而且差距縮小，最新的市場(chǎng)變化顯示，臺(tái)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(shì)。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(duì)此Hutcheson預(yù)期，相關(guān)問(wèn)題可望在接下來(lái)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(lái)兩年該系統(tǒng)將會(huì)在晶圓廠進(jìn)行測(cè)試，使其達(dá)到生產(chǎn)價(jià)值?！?/p>