抽水新闻网 > 科技 > 主流先进制程工艺梳理

主流先进制程工艺梳理

2019-11-30 21:36:44
阅读:557

目前,已经大规模生产的主流先进半导体工艺技术已经达到7纳米,明年也将大规模生产5纳米。根据工艺技术的发展,一般以28纳米为分水岭来区分先进工艺和传统工艺。接下来,让我们梳理一下该行业主流先进制造工艺的发展。

28nm

由于成本性能的提高被认为是摩尔定律的核心含义,20纳米以下工艺成本的上升一度被认为是摩尔定律开始失效的标志,而28纳米作为最具成本效益的工艺具有较长的生命周期。

随着设计成本的上升,只有少数客户有能力切换到高级节点。据gartner统计,16纳米/14纳米芯片的平均集成电路设计成本约为8000万美元,而28纳米体硅器件的设计成本约为3000万美元,7纳米芯片的设计成本为2.71亿美元。Ibs数据显示,28纳米体硅器件的设计成本约为5130万美元,而7纳米芯片需要2.98亿美元。对于大多数客户来说,转向16纳米/14纳米finfet工艺过于昂贵。

就单位芯片成本而言,28纳米具有明显优势,并将保持较长的生命周期。一方面,与40纳米及更早的工艺相比,28纳米工艺在频率调节、功耗控制、散热管理和尺寸压缩方面具有明显优势。另一方面,每个逻辑门的成本高于28纳米工艺,因为16纳米/14纳米和更先进的工艺采用鳍式场效应晶体管(finfet)技术,使得维持高参数成品率和低缺陷密度更加困难。

28纳米在32纳米和22纳米之间。业界在早期的45纳米阶段引入了高k绝缘层/金属栅极(hkmg)工艺,在32纳米引入了第二代高k绝缘层/金属栅极工艺。这些为28纳米的逐渐成熟奠定了基础。在后来的先进技术中,从22纳米开始采用鳍式场效应晶体管(fin field effect transistor)等。可以看出,28纳米正处于工艺过渡的关键点,这也是其高性价比的重要原因。

目前,该行业的28纳米工艺主要在TSMC、gf(网格核心)、UMC、三星和SMIC之间竞争。此外,宣布在2018年底大规模生产UMC 28纳米芯片的华虹华力微电子也开始加入竞争。

虽然高端市场将被7纳米、10纳米和14纳米/16纳米工艺、40纳米、28纳米等占据。不会撤回。例如,28纳米至16纳米工艺仍然是TSMC收入的重要组成部分,尤其是在中国大陆的16纳米工厂。SMIC继续提高28纳米的产量。

14/16nm

14纳米工艺主要用于制造高端ap/soc、gpu、矿山机械专用集成电路、fpga、汽车半导体等。对于每个制造商来说,制造过程也是主要的收入来源,尤其是英特尔,其目前的主要制造过程是14纳米。就公司规模而言,它带来的收入是可以想象的。然而,对于中国大陆的晶圆厂,特别是SMIC和华虹,14纳米工艺技术正在开发中,离大规模生产不远。

目前,主要有7家拥有或即将拥有14纳米制造能力的制造商,即:英特尔、TSMC、三星、网格、UMC、SMIC和华虹。

同样的14纳米工艺,由于英特尔对摩尔定律的严格追求,具有最高的工艺水平和严格性。根据目前发布的技术,英特尔持续更新的14纳米工艺与TSMC的10纳米工艺大致相同。

今年5月,英特尔表示将在第三季度将其制造能力提高14纳米,以解决cpu市场的短缺问题。

然而,英特尔自身的14纳米产能已经满负荷,因此该公司已投资15亿美元扩大其14纳米产能,预计将在今年第三季度增加产量。其14纳米工艺芯片主要生产于亚利桑那州和美国俄勒冈州的d1x晶圆厂。海外14纳米晶圆厂是爱尔兰的24纳米晶圆厂,目前正在升级14纳米制程。

三星方面则宣布在2015年正式生产14纳米finfet,并先后将高端手机处理器外包给苹果和高通。目前,其14纳米容量的市场份额仅次于英特尔和TSMC。

TSMC将于2015年末大规模生产16纳米场效应晶体管工艺。与三星和英特尔相比,虽然它们的节点名称不同,但三星和英特尔是14纳米,TSMC是16纳米,但它们在实际工艺技术水平上是同一代。

2018年8月,网格核心(Grid Core)宣布将放弃7纳米低压工艺的研发,将更多资源投入到12纳米和14纳米工艺上。

网格核心已经制定了两个过程路线图:第一,finfet。在这方面,该公司有14lpp和一个新的12 LPP(从14lpp过渡到7 LPP);第二种是fd-soi,网格核心目前正在生产22fdx,当客户需要时将会发布12fdx。

就联合电力而言,其14纳米工艺仅占约3%,并不是其主要生产线。这直接关系到公司的发展战略。联电专注于特殊技术的开发。无论是8英寸工厂还是12英寸工厂,公司都将专注于开发各种新的特殊技术。

至于SMIC,其14纳米鳍状场效应晶体管已经进入客户测试阶段。2019年第二季度,新设备将投入上海工厂。计划在下半年进入批量生产阶段。未来,它的第一个14纳米制程客户可能是手机芯片制造商。据报道,2019年,SMIC的资本支出从2018年的18亿美元增加到22亿美元。

至于华利微电子,公司研发副总裁邵华今年早些时候在半导体中国2019高级制造论坛上发表演讲时表示,华利微电子将在今年年底大规模生产28纳米hkc+工艺,在2020年底大规模生产14纳米finfet工艺。

12nm

从目前晶圆代工市场来看,很少有制造商具备12纳米工艺技术的能力,主要是TSMC、格力、三星和UMC。联电在2018年宣布停止研发12纳米和更先进的制造工艺。因此,目前,在全球晶圆代工市场,12纳米的主要玩家是TSMC、网格核心和三星。

TSMC的16纳米工艺经历了三代16纳米finfet、16FF+和16ffc,然后进入第四代16纳米工艺技术。这时,TSMC改变了策略,引入了一种修正的工艺,即12纳米技术,以吸引更多的客户订单,从而提高了12英寸晶圆厂的产能利用率。因此,TSMC的12纳米工艺是其第四代16纳米技术。

网格核心(Grid Core)宣布在2018年退出10纳米及更先进工艺的研发,因此公司最先进的工艺是12纳米。公司用两条腿走路,即finfet和fd-soi,这在12纳米工艺中得到了充分体现。在finfet中,该公司拥有12lp技术,而在fd-soi中,该公司拥有12fdx技术。12lp主要针对人工智能、虚拟现实、智能手机、网络基础设施等应用。它采用了位于纽约萨拉托加县的网格核心fab 8的专业技术。自2016年初以来,该厂一直在大规模生产14纳米的栅芯场效应晶体管产品。

由于许多连接器件要求高集成度、更灵活的性能和功耗,这是finfet难以实现的,因此12fdx提供了一种替代路径,与finfet产品相比,它可以实现更低的功耗、更低的成本和更好的射频集成。

三星方面,最初在晶圆代工路线图中没有12纳米工艺,但只有11纳米lpp。然而,三星的11 lpp和网格核心的12纳米lp实际上是三星14纳米改进的“相同”产品,晶体管密度变化不大,效率提高。因此,网格核心的12纳米lp与三星的12纳米工艺有很多共同之处,这也可能是amd发现三星收缩12纳米产品的原因之一。

在SMIC方面,14纳米鳍片场效应晶体管工艺不仅进入了客户风险大规模生产阶段,而且在2019年第一季度,其12纳米工艺开发也进入了客户引进阶段,第二代鳍片场效应晶体管n+1的开发取得了突破,进展超出预期。与此同时,上海SMIC南方场效应晶体管厂顺利完工,并进入产能部署阶段。这意味着不久一名新的12纳米玩家将进入战斗群。

10纳米

在10纳米的节点上,TSMC、三星和英特尔是业内唯一的参与者。

总的来说,TSMC仍然是领导者。其典型产品是a11处理器,由苹果公司于2017年委托生产。三星紧随其后。10纳米时,双方的进展没有太大不同,但TSMC仍略好于整体水平。

今年,英特尔的老对手amd卷土重来。凭借TSMC的7纳米Reelon 3000系列处理器,amd在cpu处理器处理技术上首次超越英特尔。

目前,英特尔的主流制造工艺是14纳米。然而,最近有消息称,经过多年的研究,该公司终于解决了10纳米工艺的技术问题,并已开始大规模生产。

然而,英特尔对流程节点的严格追求非常值得称赞。从具体的性能指标来看,尤其是ppa和晶体管密度,英特尔的10纳米优于TSMC的10纳米。

7nm

在7纳米,目前只有TSMC和三星,三星的生产时间明显落后于TSMC,这使得三星不得不超越7纳米,直接走向7纳米euv。这使得苹果、华为、amd和Avida等拥有7纳米制造工艺的主要客户的订单几乎全部被TSMC夺走。在这种先发制人的优势下,TSMC的7纳米产能已经不堪重负。TSMC在大规模生产7纳米euv方面也领先一步。原始设备制造商华为麒麟990已经投入商业使用。三星7纳米euv原始设备制造商高通公司新一代处理器也在生产中,预计很快就会上市。

至于英特尔,10纳米后,该公司表示将在2021年推出7纳米工艺。据报道,它的7纳米工艺是正确的轨道,其功耗和性能看起来非常好。根据之前的信息,7纳米工艺将于2021年在数据中心的gpu上启动。

结论

上面描述了在工业上大量生产的主流先进制造工艺的发展和相关制造商的进展。然而,更先进的5纳米、3纳米、2纳米等。尚未进入大规模生产阶段,因此将不再详细描述。这些流程节点中几乎没有参与者。目前,只有TSMC和三星。TSMC表示,明年将大规模生产5纳米,而三星似乎必须超越5纳米,直接达到3纳米。

*免责声明:这篇文章最初是作者写的。这篇文章的内容是作者的个人观点。重印半导体行业观察只是为了传达不同的观点。这并不意味着半导体行业观察同意或支持这一观点。如果您有任何异议,请联系半导体行业观察。

今天是半导体工业观察为您分享的2083年内容。请注意。

半导体工业观察

“半导体第一垂直介质”

实时专业原始深度

识别二维码,回答以下关键词,并阅读更多内容

人工智能|射频|华为|中国核心|晶圆|复合|存储|阿里巴巴

回复文章并阅读“如何成为“半导体工业观察”的成员”

回复搜索,你可以很容易地找到你感兴趣的其他文章!

上海快3开奖结果 北京快乐8 11选5下注