收藏!全球知名厂商纳米制程技术最新进展

2018-01-11 17:13 仙贝 阅读 18032

来源:芯师爷

前段时间,晶圆代工龙头台积电,在南京设置的12英寸厂,因为试产良率良好,将准备提前半年在2018年5月量产。

据报道,台积电当时斥资30亿美元,在南京厂以16纳米制程导入试产之后,原本预计在2018年年底进行量产计划。未来正式进入量产之后,台积电南京厂预计每月将有2.2万片12英寸晶圆的产能。

2017年9月,台积电发布新闻称,将在南部科学工业园区台南园区投资兴建3nm制程厂。按照制程的推进,10nm之后是7nm,然后是5nm和3nm直到1nm。不过,Intel此前也表示,3/5mn将面临很多前沿性的技术难题。

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制造工艺到底是什么?

芯片的制造工艺常常用90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm来表示。现在的CPU内集成了以亿为单位的晶体管,这种晶体管由源极、漏极和位于他们之间的栅极所组成,电流从源极流入漏极,栅极则起到控制电流通断的作用。

而所谓的XX nm其实指的是,CPU的上形成的互补氧化物金属半导体场效应晶体管栅极的宽度,也被称为栅长。

栅长越短,则可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶体管——Intel曾经宣称将栅长从130nm减小到90nm时,晶体管所占得面积将减小一半;在芯片晶体管集成度相当的情况下,使用更先进的制造工艺,芯片的面积和功耗就越小,成本也越低。

栅长可以分为光刻栅长和实际栅长,光刻栅长则是由光刻技术所决定的。由于在光刻中光存在衍射现象以及芯片制造中还要经历离子注入、蚀刻、等离子冲洗、热处理等步骤,因此会导致光刻栅长和实际栅长不一致的情况。

另外,同样的制程工艺下,实际栅长也会不一样,比如虽然三星也推出了14nm制程工艺的芯片,但其芯片的实际栅长和Intel的14nm制程芯片的实际栅长依然有一定差距。

为什么要缩小制程?

1,就是可以在更小的晶片中塞入更多的电晶体,让晶片不会因技术提升而变得更大;

2,可以增加处理器的运算效率;

3,减少体积也可以降低耗电量;

4,晶片体积缩小后,更容易塞入行动装置中,满足未来轻薄化的需求。   

纳米制程对半导体公司意味着什么?

在半导体芯片行业,企业的模式主要分三种,像英特尔这种,从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业,称为称为IDM(Integrated Design and Manufacture)公司。

而有的公司只做设计这块,是没有fab(工厂)的,通常就叫做Fabless。例如AMD、高通、博通等。

而还有的公司,只做代工,只有fab,不做设计,称为Foundry(代工厂),常见的台积电等。

纳米制程是针对IDM和Foundry而言,Fabless没有工厂,不需要担心纳米制程的问题。他们只需要选择合作对象,给他们设计的芯片进行代工,所以更先进的制程对于IDM和Foundry的意义就不言而喻了。

各大厂商的纳米制程进度如何?

英特尔

英特尔在2014年进入14纳米世代时,近几年来持续微缩推出加强版,至今仍是全球技术最领先的制程,只是过去领先竞争者2~3个世代的差距,随着台积电及三星今年跨入10纳米世代后,已缩小至1~1.5个世代。2017年下班年英特尔计划开始启动10纳米制程量产,然而到目前为止,10纳米技术却仍然没有到来。

英特尔10纳米芯片延迟推出,主要是出于财务方面的考虑,并不是因为它没有能力制造良好的10纳米CPU。大家应该都知道英特尔有许多Fab工厂,而工厂正是英特尔CPU成功的关键原因之一。

英特尔CPU集团从英特尔Fab订购圆晶,在外人看来,二者名义不同但实际是一样的,其实不是,它们由两家独立的公司运营。不论什么时候,英特尔Fab都想用圆晶赚更多的钱。

2018年英特尔10纳米芯片(也就是Cannon Lake、Ice Lake)就会出货,到时英特尔希望良率能达到非常高的水平。

三星

三星量产14nm工艺都快两年了,即使领先同业量产 10 纳米,晶圆代工厂的主要客户有高通,但仍无法有效与台积电竞争。

三星在7纳米制程暂时败给台积电,面对苹果、高通等大客户订单纷落入台积电口袋,三星酝酿展开反击,日前与南韩华城市达成共识,计划建立新的7纳米制程生产线,三星并与美系、大陆客户洽谈新的合作案,积极反击的策略明显。

三星在分拆晶圆代工部门之后,调整战术愈益积极,计划2020年推出4纳米制程,显然是瞄准台积电5纳米制程而来,三星也规划在2017~2020年之间,持续推进半导体制程技术,计划2018年量产7纳米,2019年陆续投入6纳米和5纳米研发。

三星晶圆代工部门相关主管对外表示,预计以5年的时间拿下全球晶圆代工25%市占率。目前台积电的全球市占率接近60%,远高于其他竞争对手,三星的市占率还不到10%。三星早期是帮苹果手机处理器芯片做代工,之后专注切入高端制程技术,甚至在14纳米和10纳米FinFET制程世代,抢下台积电大客户高通的订单,让其晶圆代工事业一战成名。

不过,在进入7纳米制程世代之后,台积电同时抢下苹果和高通订单,明显大赢三星,为此三星的晶圆代工事业策略亦出现明显改变,过去专注于高端制程快速超车,近期则广泛与各应用领域客户接触,让晶圆代工业务布局更广泛,借以拉升市占率。

台积电

根据2016年台积电发布的财报显示:台积电28纳米以下先进制程占据晶圆代工营收的56%,其中16/20纳米制程、28纳米制程各占营收的比重为31%、25%。

目前,全球晶圆代工营收市占率逼近六成;在全球半导体制造技术上,掌握 10 纳米制程技术的台积电,不论技术与规模,都是全球晶圆代工业的领先厂商。

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全球半导体产业备受瞩目的7纳米制程大战,2018年初由台积电抢先领军登场,尽管三星电子(Samsung Electronics)亦规划7纳米制程,然台积电已拿下逾40个客户,涵盖移动通讯、高速运算、人工智能(AI)等领域,是历年来应用和客户层面最广泛的高端制程,尤其台积电通吃苹果iPhone处理器芯片大单,2018年晶圆代工战局台积电已经先赢大半。

近期台积电再度披露先进制程规划,5纳米制程生产基地Fab18将在南科正式动工,且一次规划三期,至于3纳米制程的启动时程虽然还未公布,但台积电已透露将投入超过200亿美元来规划3纳米,明显要与已分割独立晶圆代工部门的三星全面拚战。

台积电虽然在7纳米制程世代旗开得胜,但亦已感受到三星在制程技术急起直追的压力,因此,台积电在5纳米制程布局丝毫不敢松懈,目前规划5纳米制程生产基地是Fab18,预计2018年在南科正式动工,且规划三期土地,显示其对于5纳米世代的重视程度。

半导体业者指出,台积电5纳米制程将是7纳米世代的延续,应用领域同样锁定行动通讯、高速运算、人工智能、机器学习等,预计2019年上半进入风险量产。

另外,台积电7纳米(N7)制程于2018年量产,生产基地在Fab12和Fab14第三期,预计强化版的7纳米(N7+)制程将导入极紫外光(EUV)技术,以达到生产成本和芯片密度的最佳甜蜜点。

格罗方德

格罗方德使用了三星的14nmFinFET工艺授权,若制程微缩进展顺利,2018年10纳米处理器可望量产,2020年进入7纳米世代。格罗方德的主要客户包括AMD、ARM、博通、英伟达、高通、意法半导体、TI等。

台湾联华电子

联电一度是跟台积电并列的台湾晶圆代工厂,不过在28nm节点之后已经被台积电甩开,他们现在28nm工艺的营收比例也不过21%,主力还是40nm工艺。在FinFET节点上,台积电选择了16nm,联电跟三星一样都是14nm FinFET工艺。

2017年2月23日,该公司所自主研发的 14 纳米鳍式场效电晶体 (FinFET) 制程技术,已成功进入客户芯片量产阶段。首个客户是BitFury,他们的比特币矿机芯片将使用UMC的14nm工艺代工。

中芯国际

中芯国际是世界领先的集成电路晶圆代工企业之一,也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路晶圆代工企业。中芯国际向全球客户提供0.35微米到28纳米晶圆代工与技术服务。从制程节点看,40nm以上成熟工艺占绝大多数。

目前中芯28纳米仅占营收5%,中芯将持续投入28纳米新平台与14纳米研发的推进。预计2019年14纳米投入试产。 

2017年10月16日,中芯国际发布公告称,前台积电资深研发处长梁孟松已获委任公司联合首席执行官。人才加入,应该是中芯国际推进纳米制程技术过程中的重要环节。

在28纳米制程上,中芯也提出三阶段的规划蓝图。赵海军指出,第一阶段的polySion制程已经量产,第二阶段是第一代的HKMG制程(中芯称为HKC制程)已经在今年第2季开始产出,目标是28纳米突破10%营收,而第三阶段是第二代的HKC制程,预计在2018年底量产。

结束语:很明显,这是一个拼技术的时代···