7 奈米製程大乱斗,台积电与三星技术诉求各不同



工研院 IEK 指出,2018 年,全球晶圆代工产业版图出现变动,先进製程的演进上,10 奈米成为厂商投资的分水岭。

10 奈米以上由众多厂商分食,由台积电、美国 Intel、Global Foundries 与南韩三星形成美中韩三大阵营。

10 奈米以下製程,则因为美国 Global Foundries 宣布无限期展延 7 奈米製程,Intel 尚无法突破 10 奈米製程瓶颈的结果,7 奈米製程由台湾台积电与南韩三星双雄称霸 。

厂商在 7 奈米先进製程的竞争胜出因素在于稳定的量产性与良率表现,此因素也影响客户下单的意愿。

台积电、三星 7 奈米策略不同

台积电 7 奈米走"稳扎稳打"路线,量产初期使用深紫外光刻(DUV)曝光,利用沉浸式曝光和多重曝光技术平稳转进 7 奈米。而第一代 7 奈米鳍式场效电晶体(FinFET)製程已在 2017 年第二季进入试量产阶段,与 10 奈米 FinFET 製程相比,7 奈米 FinFET 製程可在电晶体数量相同的情况下使晶片减少 37%,或在电路複杂度相同的情况下降低 40% 功耗。

等到 DUV 稳定后,再转换到极紫外光(EUV)曝光 10 奈米以下製程,针对 EUV 最佳化布线密度可减少 10%~20% 面积,或在电路複杂度相同的情况下,比第一代 7 奈米 FinFET 再降低 10% 功耗。

三星则走大胆前进路线。直接抢进 7 奈米 EUV,而在 7 奈米之后则规划使用第二代 EUV 曝光技术的 6 奈米製程,属于 7 奈米 EUV 技术的加强版,电器效能更好。2018 下半年试产使用 7 奈米 EUV 技术产品,大规模投产时间为 2019 下半年,而 6 奈米製程应该会在 2020 年后出现。

Intel 持续与 10 奈米製程苦战

至于 Intel 则继续和 10 奈米製程苦战。主要原因为过于坚持整合的模式,在 x86 架构进行设计与製造的同步投资,当行动装置与非通用处理器兴起时,错失先机。

在行动领域,不同于对手选择 ARM 架构,Intel 坚持利用製造能力创造更有效率的 x86 晶片。而在非通用处理器部分,Intel GPU 为 Larrabee 架构,一样是基于 x86 的图形晶片,但却没有考量到不同应用环境所需 GPU 的性能差异。

不过藉由 EUV 实现 7 奈米以下的微缩製程有很多问题要克服,举例来说,生产性(Throught)降低、曝光装置消费电力过大、光罩防尘薄膜 Pellicle 课题与光阻 Pattern 限制的问题。

面对以上问题已有不少设备厂商提供相应解决方案,如"钴"金属的导入与新一代 EUV 光学系统的设计。

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