近年來,在激烈的市場競爭環境下,三星將其業務重點轉向了邏輯工藝代工。在近日的SFF(SamsungFoundry Forum)美國分會上,三星宣布了四種FinFET工藝,涵蓋了7nm到4nm。同時發布了新一代3nm閘極全環(GAA,Gate-All-Around)工藝。與7nm技術相比,三星的3GAE工藝將減少45%的面積,降低50%的功耗,提升35%的性能。三星表示第一批3nm芯片主要面向智能手機及其他移動設備。
目前,先進半導體制造工藝已經進入10nm節點以下,臺積電去年率先量產7nm工藝,但沒有EUV光刻工藝,三星則選擇了直接進入7nmEUV工藝,所以在進度上比臺積電落后了一年,不過三星決心要在3nm工藝上趕超臺積電。根據三星的路線圖,他們會在2021年量產3nm工藝,到時候臺積電也差不多要進入3nm節點了,不過臺積電尚未明確3nm的技術細節,這意味著三星在GAA工藝上已經獲得了領先地位。
三星晶圓代工業務市場副總Ryan Sanghyun Lee表示,三星從2002年以來一直在開發GAA技術,通過使用納米片設備制造出了MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多橋-通道場效應管),該技術可以顯著增強晶體管性能,從而實現3nm工藝的制造。
不過臺積電也在積極推進3nm工藝,2018年,臺積電就宣布計劃投入6000億新臺幣興建3nm工廠,希望在2020年動工,最快于2022年年底開始量產。曾有消息稱,臺積電3nm制程技術已進入實驗階段,在GAA技術上已有新突破。臺積電在其第一季度財報中指出,其3nm技術已經進入全面開發階段。
其實,多年來臺積電和三星電子一直在先進工藝上展開較量,今年來,他們將主要在3nm工藝上進行角逐。但不管是臺積電、三星,還是英特爾,都沒有提及3nm之后的半導體工藝路線圖。
因為集成電路加工線寬達到3nm之后,將進入介觀(Mesoscopic)物理學的范疇。資料顯示,介觀尺度的材料,一方面含有一定量粒子,無法僅僅用薛定諤方程求解;另一方面,其粒子數又沒有多到可以忽略統計漲落(Statistical Floctuation)的程度。這就使集成電路技術的進一步發展遇到很多物理障礙。此外,漏電流加大所導致的功耗問題也難以解決。
因此3nm工藝也被稱為半導體的物理極限。不過之前半導體行業發展的幾十年當中,業界已經多次遇到所謂的工藝極限問題,但是這些技術頸瓶一次次被人們打破。
三星代工業務營銷副總裁Ryan Lee還對三星芯片的未來作了預測:GAA技術的發展可能會讓2nm甚至1nm工藝成為可能,雖然三星還不確定是否會采用什么樣的結構,但依然相信會有這樣的技術出現。也就是說三星打算用GAA工藝挑戰物理極限。
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