臺(tái)積電3nm工藝或2年內(nèi)就緒 芯片性能有望翻番

臺(tái)積電董事長劉德音（Dr. Mark Liu）證實(shí)，該公司的下一代3nm芯片制造節(jié)點(diǎn)，正在按計(jì)劃推進(jìn)之中。作為全球知名的芯片代工制造商，臺(tái)積電當(dāng)前正在建設(shè)3nm生產(chǎn)線，且有望明年轉(zhuǎn)入試生產(chǎn)。與5nm 制程節(jié)點(diǎn)相比，3nm 可提供幾乎翻番的邏輯密度，輔以11% 的性能提升、或27% 的能效改進(jìn)。

3nm 較5nm 制程的增益示例（圖via WCCFTech）

臺(tái)積電高管在早前的國際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）演講期間的這番表態(tài)，證實(shí)了該公司對下一代制造技術(shù)的信心。

在滿足當(dāng)前和未來產(chǎn)品的日益增長需求的同時(shí)，即便汽車領(lǐng)域的產(chǎn)品需求有所提升，也不會(huì)對整體產(chǎn)能造成太大影響。

需要指出的是，部分媒體誤解了所謂的“3nm 工藝提前”。畢竟在主題為《釋放創(chuàng)新未來》的27分鐘演講期間，高管并未直言此事，僅在開頭和結(jié)尾對3nm 開發(fā)進(jìn)度“順口一提”。

為提升邏輯密度，需要對相關(guān)技術(shù)展開協(xié)同優(yōu)化，同時(shí)也增加了一定的成本。

除了透露3nm 技術(shù)的發(fā)展正在如期推進(jìn)且相當(dāng)順利，劉德音還提供了對3nm 工藝的最新數(shù)據(jù)、以及對工藝發(fā)展的看法。

他指出，到目前為止，臺(tái)積電已出貨約18億片基于7nm 工藝節(jié)點(diǎn)的芯片。截止2020年，該公司一直是行業(yè)中的領(lǐng)跑者。

得益于極紫外光刻（EUV）技術(shù)，臺(tái)積電能夠?qū)崿F(xiàn)更高的保真度、縮短周期、并降低工藝的復(fù)雜性和缺陷率。

值得一提的是，臺(tái)積電在5nm 節(jié)點(diǎn)的十層掩模工藝中使用了EUV 技術(shù)（具體包括線切割、接觸、金屬線圖案），并用單層 EUV 取代了早期的多層深紫外（DUV）工藝。

隨后劉德音強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化（DTC），以及該方案在過去幾年中對芯片制造的重要性。對于芯片制造商來說，這使得他們能夠同時(shí)使用設(shè)計(jì)和制造技術(shù)來滿足性能要求。

此外 DTCO 使得臺(tái)積電在衡量節(jié)點(diǎn)的邏輯密度時(shí)超越了固有的縮放指標(biāo)，比如接觸柵間距和最小金屬間距。

結(jié)合有源區(qū)上的柵極接觸、單擴(kuò)散中斷、鰭片減少等特性，還可為3nm 工藝節(jié)點(diǎn)帶來1.8倍于5nm 的邏輯密度。

最后，劉德音披露了公司的未來計(jì)劃，包括開發(fā) sub-3D 材料和晶圓級單晶六方氮化硼。

兩者的特點(diǎn)是能夠在較低的制造溫度下，轉(zhuǎn)移至任意襯底上，從而為在三個(gè)維度上制造有源邏輯層和存儲(chǔ)層開辟了新的道路。

此外臺(tái)積電對于低維材料的研究，包包括一維的碳納米管。借助這一晶體通道的關(guān)鍵，是開發(fā)出一種柵極長度較短的晶體管介電材料。

如上圖所示，研究表明這項(xiàng)技術(shù)已有實(shí)現(xiàn)的可能。具有高k柵極堆疊能力的新材料，很適合用于制造柵極長度為10nm 的晶體管。

當(dāng)然，為了達(dá)成如此遠(yuǎn)大的目標(biāo)，臺(tái)積電還需要與芯片行業(yè)的所有同行緊密合作，以確保3nm 工藝能夠發(fā)展到2倍于當(dāng)前的性能。

考慮到該公司正在量產(chǎn)的5nm 順應(yīng)了這一趨勢，即將面世的3nm 節(jié)點(diǎn)也有望遵循這一時(shí)間安排。

(責(zé)任編輯：段嘉祺_NT7312)