三星发布3纳米路线图,半导体工艺物理极限将至?

另一方面,三星电子计划在下个月5日于上海进行代工论坛,并于7月3日、9月4日、10月10日分别在韩国首尔、日本东京、德国慕尼黑举行代工论坛。

台积电、三星竞争尖端工艺制高点

电工电气网】讯

因此学术界很早就提出5nm以下的工艺需要走“环绕式闸极”的结构,也就是FinFET中已经被闸极三面环绕的通道,在GAA中将是被闸极四面包围,预期这一结构将达到更好的供电与开关特性。只要静电控制能力增加,闸极的长度微缩就能持续进行,摩尔定律重新获得延续。

据韩媒《ZDNet
Korea》报导,3纳米闸极全环制程是让电流经过的圆柱形通道环绕在闸口,和鳍式场效晶体管的构造相比,该技术能更加精密地控制电流。

近日,有消息称,IMEC和光刻机霸主ASML计划成立一座联合研究实验室,共同探索在后3nm节点的nm级元件制造蓝图。双方合作将分为两个阶段:第一阶段是开发并加速极紫外光技术导入量产,包括最新的EUV设备准备就绪;第二阶段将共同探索下一代高数值孔径的EUV技术潜力,以便能够制造出更小型的nm级元件,推动3nm以后的半导体微缩制程。

若将3纳米制程和最新量产的7纳米FinFET相比,芯片面积能减少45%左右,同时减少耗电量50%,并将性能提高35%。

三星电子去年也公布了技术路线图,而且比台积电更加激进。三星电子打算直接进入EUV光刻时代,去年计划量产了7nm
EUV工艺,之后还有5nm工艺。3nm则是两大公司在这场工艺竞逐中的最新赛程。而就以上消息来看,三星将早于台积电一年推出3nm工艺。然而最终的赢家是谁现在还不能确定。

同时,三星电子计划在3纳米制程中,通过独家的多桥接通道场效应晶体管技术,争取半导体设计公司的青睐。多桥接通道场效应晶体管技术是进一步发展的“细长的钢丝型态”的闸极全环构造,以轻薄、细长的纳米薄片进行堆栈。该技术能够提升性能、降低耗电量,而且和FinFET工艺兼容性强,有直接利用现有设备、技术的优点。

近日,三星电子发布其3nm工艺技术路线图,与台积电再次在3nm节点上展开竞争。3nm以下工艺一直被公认为是摩尔定律最终失效的节点,随着晶体管的缩小将会遇到物理上的极限考验。而台积电与三星电子相继宣布推进3nm工艺则意味着半导体工艺的物理极限即将受到挑战。未来,半导体技术的演进路径将受到关注。

当天活动中,三星电子将3纳米工程设计套件发送给半导体设计企业,并共享人工智能、5G移动通信、无人驾驶、物联网等第四次产业革命的核心半导体技术。工程设计套件在代工公司的制造制程中,支持优化设计的数据文件。半导体设计公司能通过此文件,更轻易地设计产品,缩短上市所需时间、提高竞争力。

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实际上,台积电和三星电子两大公司一直在先进工艺上展开竞争。去年,台积电量产了7nm工艺,今年则计划量产采用EUV光刻工艺的第二代7nm工艺,2020年将转向5nm。有消息称,台积电已经开始在其Fab
18工厂上进行风险试产,2020年第二季度正式商业化量产。

根据Tomshardware网站报道,三星晶圆代工业务市场副总Ryan Sanghyun
Lee表示,三星从2002年以来一直在开发GAA技术,通过使用纳米片设备制造出了MBCFET(Multi-Bridge-Channel
FET,多桥-通道场效应管),该技术可以显著增强晶体管性能,从而实现3nm工艺的制造。

三星计划2021年量产3nmGAA工艺

虽然台积电与三星电子已经开始讨论3nm的技术开发与生产,但是3nm之后的硅基半导体工艺路线图,无论台积电、三星电子,还是英特尔公司都没有提及。这是因为集成电路加工线宽达到3nm之后,将进入介观(Mesoscopic)物理学的范畴。资料显示,介观尺度的材料,一方面含有一定量粒子,无法仅仅用薛定谔方程求解;另一方面,其粒子数又没有多到可以忽略统计涨落(Statistical
Floctuation)的程度。这就使集成电路技术的进一步发展遇到很多物理障碍。此外,漏电流加大所导致的功耗问题也难以解决。

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