GAA技術給摩爾定律續命,臺積電先進5、4、3、2、1nm芯片工藝制程布局

臺積電先進5nm、4nm、3nm、2nm、1nm芯片工藝制程持續推進。
雖然英特爾規劃的7nm工藝比臺積電的5nm工藝晶體管密度還大，但是后年都很難量產，估計要到2023年，那時臺積電更先進的2nm工藝都量產了。

一、臺積電：第一家官宣2nm工藝，研發進度超前

據臺灣經濟日報報道，臺積電2nm工藝取得重大突破，研發進度超前，業界看好其2023年下半年風險試產良率就可以達到90%。

據臺媒透露，有別于3nm與5nm采用鰭式場效晶體管（FinFET）架構，臺積電2nm改采全新的多橋通道場效晶體管（MBCFET）架構，研發進度超前。

據悉，臺積電去年成立了2nm專案研發團隊，尋找可行路徑進行開發。

考量成本、設備相容、技術成熟及效能表現等多項條件，2nm采以環繞閘極（GAA）制程為基礎的MBCFET架構，解決FinFET因制程微縮產生電流控制漏電的物理極限問題。

極紫外光（EUV）微顯影技術的提升，使臺積電研發多年的納米片（Nano Sheet）堆疊關鍵技術更為成熟，良率提升進度較預期順利。

臺積電此前透露2nm研發生產將在新竹寶山，規劃P1到P4四個超大型晶圓廠，占地90多公頃。

臺積電5nm已經量產，3nm預計2022年量產，2nm研發現已經取得重大突破！

二、FinFET的替代者出現，GAA技術給摩爾定律續命

摩爾定律表明：每隔18~24 個月，集成電路上可容納的元器件數目便會增加一倍，芯片的性能也會隨之翻一番。

然而，在摩爾定律放緩甚至失效的今天，全球幾大半導體公司依舊在拼命「廝殺」，希望率先拿下制造工藝布局的制高點。

從2012年起，FinFet已經開始向20mm節點和14nm節點推進。

并且，依托FinEFT技術，芯片工藝節點制程已經發展到7nm，5nm甚至是3nm，也遇到了瓶頸。

而全環繞柵(GAA)是FinFET技術的演進，溝道由納米線（nanowire）構成，其四面都被柵極圍繞，從而再度增強柵極對溝道的控制能力，有效減少漏電。

與現在的7nm工藝相比，3nm工藝的具體指標表現為：可將核心面積減少45%，功耗降低50%，性能提升35%。

臺積電2nm采用的GAA（Gate-all-around，環繞閘極）或稱為GAAFET，它和FinFETs有相同的理念，不同之處在于GAA的柵極對溝道的四面包裹，源極和漏極不再和基底接觸。

根據設計的不同，GAA也有不同的形態，目前比較主流的四個技術是納米線、板片狀結構多路橋接鰭片、六角形截面納米線、納米環。

三星對外介紹的GAA技術是Multi-Bridge Channel FET（MBCFET），即板片狀結構多路橋接鰭片。

臺積電同樣采用MBCFET架構。臺積電總裁魏哲家日前于玉山科技協會晚宴專講時透露，臺積電制程每前進一個世代，客戶的產品速度效能提升30%- 40%，功耗可以降低20%-30%。

GAA可以帶來性能和功耗的降低，但成本也非常高。市場研究機構International Business Strategies (IBS)給出的數據顯示，28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工藝的成本為0.629億美元，5nm將暴增至4.76 億美元。三星稱其3nm GAA 的成本可能會超過5億美元

三、臺積電：1nm芯片，沒問題！

在近日的“2020世界半導體大會”上，臺積電南京公司總經理羅鎮球表示，芯片制程工藝持續推進，摩爾定律仍將適用---3nm、2nm、1nm都沒有什么太大問題。

羅鎮球透露，2021年可以在市面上看到3nm的產品，臺積電計劃在2022年實現3nm產品的大規模量產。

據羅鎮球透露，目前，臺積電7nm工藝有超過140個產品在生產，同時，臺積電還持續投入7nm+和6nm工藝。

公開資料顯示，臺積電南京公司成立于2016年，是臺積電的全資子公司，下設有一座十二英寸晶圓廠和一個設計服務中心。該公司去年營收40億元，同比增長170%。

臺積電5nm、4nm、3nm、2nm芯片最新情況如下：

① 目前，臺積電5nm芯片已經進入量產階段良率推進遠遠好于3年前的7nm；
② 預計4nm芯片在2021年開始正式批量生產；
③ 臺積電3nm芯片，性能可以再提升10-15%，功耗可以再降低25-30%。預計可以看到3nm芯片產品將在2022年進入大批量生產；
④ 此外，在日前召開的“臺積電技術論壇”上，臺積電透露了2nm芯片的最新布局---已經在新竹購買了土地用于建設2nm工廠和新的研發中心，投入8000多名工程師進一步推動2nm節點研發。

來源：今日頭條-槐江山人