台积电的下一步:7nm EUV、5nm以及3nm

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在上个月在日本举行的VLSI 2019峰会上,台积电(以下简称台积电)举行了一次小型媒体会议,宣布了当前先进工艺技术的进展。本文将让大家了解台积电先进技术的最新进展,并对未来两到三年半导体产业的发展有一个前瞻性的愿景。

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图片来自维基百科,同样如下

注意:本文的大部分内容均来自上述两次会议中WikiChip对TSMC的披露摘要。由于小编不是电路或电子类,因此电路相关内容的翻译可能存在问题。如果您有任何疑问,请原谅我,请在评论中发表评论。

最初的7nm工艺(N7)

台积电认为,他们的7nm工艺(N7)是目前最先进的半导体工艺。在VSLI峰会上,台积电披露了7nm工艺的一些技术细节。目前,除少数主要客户(小型系列:VIDIA)外,大多数TSMC客户表示他们将直接从TSMC 16nm节点工艺转移到7nm节点工艺。

台积电的10nm节点将是一个短暂的过程,看起来更像是一代过渡过程。与16nm节点工艺相比,7nm可提供3.3倍的栅极密度,在相同功耗下提供35~40%的速度提升或65%的功耗降低。

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然而,7nm技术的亮点在于台积电对产量的控制。根据台积电提供的信息,由于10nm工艺的经验,7nm工艺的成熟速度是历史上最快的。由于7nm工艺已用于高性能计算领域,台积电开始向移动客户和生产250平方毫米芯片尺寸的HPC客户报告不同的缺陷密度。

有趣的是,台积电发现他们的7nm节点工艺需求以每季度1%的速度下降,而他们的主要利润来源是成熟的16nm节点工艺,但他们认为7nm工艺将提供25%的年利润。

第二代7nm工艺(N7P)

台积电已经开始提供7nm工艺的优化版本,他们将工艺命名为“N7性能增强版”,缩写为N7P,翻译为7nm性能增强版,通常称为“第二代7nm工艺”或“7nm年2” 。

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N7P针对某些生产步骤(例如FEOL和MOL)在原始基础上进行了优化,从而使性能提高了约7%,或节能效果达到10%。

7nm EUV(N7 +)

在台积电首次引入EUV(极紫外光刻)技术的7nm工艺称为'N7 +'。不要将它与上述“第二代7nm工艺”混淆,后者仍使用目前使用的DUV。 (深紫外光刻)。 N7 +已经在上个季度进入量产阶段,台积电表明这一新工艺的产量可以达到原始7nm工艺的水平。

与最初的7nm工艺相比,N7 +提供1.2倍的密度提升,在相同功率水平下性能提升10%,或节能15%。纸质数据的表现当然强于上面的N7P。当然,使用新的EUV技术还意味着在物理上重新实现芯片并使用新的EUV掩模。

6nm节点(N6)

6nm节点是N7(初始7nm工艺)的EUV等效工艺。计划使用比N7 +更多的EUV层。它与N7流程兼容,旨在为大多数客户提供流程升级。在N6过程中,一些N7节点将以新的方式设计,最终将提供约18%的密度增加。

更具体地说,N6过程将比N5晚进入实际生产时间,并且风险生产将在明年初开始,并且该过程将在2020年底开始攀升。因此,台积电表示他们将应用课程在N7 +和N5过程中学到了N6。

5nm节点(N5)

台积电5nm工艺节点(N5)将成为继7nm之后的下一个“全节点(小注:例如,英特尔的22nm至14nm是一个完整的节点)”,今年第一季度它已进入风险生产阶段,预计这个过程将在明年上半年开始攀升。 N5将广泛使用EUV技术。台积电表示,N5节点工艺与N7类似,已达到很高的生产水平。

与N7节点相比,台积电声称N5将提供1.8倍的密度,15%的性能提升或30%的性能节省。同样,N5为移动和HPC提供了两个额外的选项,如N7。与N7工艺相比,N5的HPC选项性能提升高达25%。

在WikiChip的预测中,台积电5nm将比英特尔和三星的下一个完整节点流程更旧。

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第二代5nm工艺(N5P)

与7nm节点一样,台积电计划提供同名的5nm工艺的优化版本:N5性能增强版,代号为N5P。与N7P类似,N5P也在某些生产步骤(例如FEOL和MOL)中进行了优化。与N5工艺相比,N5P在相同的功耗下可以提供7%的性能提升,在相同的性能下可以提供15%的功耗。

然而,目前N5P的时间表仍然未知,但有迹象表明台积电将在2020年底或2021年初推出。

3nm节点(N3)

台积电表示他们的3nm工艺进展顺利,预计将于2022年左右正式推出。正如我们之前所知,目前的FinFET已经不足以满足3nm节点时代的生产需求,而且业界目前正计划推出一款新的GAA(门全门 - 全能)技术。但不能排除TSMC和英特尔将继续使用更容易和更便宜的FinFET,因为它们有可能被挖掘,而三星计划在3nm上引入GAA技术。 WikiChip更倾向于TSMC将继续在3nm节点上使用FinFET,并将在后续工艺节点中引入GAA技术。目前没有关于TSMC 3nm工艺的更多信息。

总结

在成为全球最大的半导体代工厂之后,台积电并没有停止他们的步伐。相反,他们保持了研究和开发新流程的速度。从目前的进展来看,他们领先于英特尔和其他半导体制造商。无论工艺节点命名的水量多少,但就目前7nm工艺的性能而言,台积电确实无愧于“最先进”的名称。

所谓的竞争已经形成。在之前的时代,台积电,三星和GF并没有对英特尔造成相当大的威胁,因此英特尔将在10纳米工艺中设定这样一个激进的目标,这使其难以生产。然而,10nm工艺芯片已经开始出货,当然,早期10nm的性能肯定不如目前的14nm ++。如果你遵循英特尔之前的做法,他们肯定会经历10nm然后转移到下一个7nm节点的过程,但竞争对手的速度无法让他们慢慢完成整个过程。不久前,英特尔首席执行官在峰会上宣布将在两年内提供7纳米技术。那么,他们能做到吗?让我们拭目以待吧。