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半导体制程的关键变化:FinFET制程已经看到尽头了?(之三)

  • 黄钦勇

半导体制程发生关键变化,FinFET制程似已看到尽头。GlobalFoundries

回顾过去早期的130nm~28nm时代,半导体制程以材料创新为主,包括铜制程、Low-k与HK/MG的材料变化。但近期的28nm~10mm世代,以3D的FinFET及2D的FD-SOI的结构性改善为主,而未来的7nm~3nm则以导入EUV来进行工程上的微细化,至于未来的3nm之后,则有待材料、结构的同步创新,且难度更高。无论是GAA、Nano-wire或FinFET with SOI,成本也都将会是天价。

其实从28nm起,传统的Bulk Planar制程就开始面对物理极限的问题,但3D的FinFET技术解决了快速运算芯片的问题,而2D的FD-SOI则提供了低耗电的制程技术,这种将来可能被广泛应用于5G与物联网上的芯片也十分受到关注,只是在技术进展上慢于FinFET。

FinFET用于应用处理器、CPU与GPU等需要快速运算的芯片上,例如苹果的iPhone XS便使用7nm的FinFET技术,英特尔最先进的CPU也是10nm FinFET,但从2D变成3D,工程费用大增,一个7nm的逻辑芯片厂,竟然高达180亿美元,简直匪夷所思。FinFET的制程非常复杂,需要多次的Multi-patterning的程序,14nm要12~13次,10nm要25~30次,而7nm要35~45次。此外,就算导入EUV的设备,短期内也将与FinFET的设备共存。

目前台积电领先进入7nm,三星将在2019年下半领先在7nm生产中导入EUV设备;联电已经可以量产14nm、中芯国际还在28nm挣扎,但宣称将在2019年下半年量产14nm,但至今28nm以下的先进制程,贡献营收比例仅有3%。

2018年,台积电与三星都在7nm制程中引进FinFET技术,而2020年的5nm制程引进EUV设备又是一次激战。预期4nm的时代,GAAFET的制程(Gate-All-Around Field-Effect Transistor)可能成为主流,而4nm也可能是最后一代的FinFET制程。(以上都是从韩国研究机构汇整的资料,仅供参考)

为32年资历的产业分析师,一手创办科技专业媒体《电子时报》(DIGITIMES),著有《巧借东风》、《计算机王国ROC》、《打造数码台湾》、《西进与长征》、《出击》等多本著作。曾旅居韩国与美国,受邀至多家国际企业总部及大专院校讲授产业趋势,遍访中国、欧美、亚太主要城市。现任经济部顾问、外贸协会董事。