臺積電：微縮化與大口徑我們都要領(lǐng)先
[導(dǎo)讀]目前，在代工業(yè)界具有壓倒優(yōu)勢的是臺灣臺積電。臺積電2009年的銷售額約達(dá)90億美元，占了約一半的市場份額，把第二位以后的企業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。該公司2010年宣布將進(jìn)行有史以來最大的設(shè)備投資，明顯地要進(jìn)一步擴(kuò)大其競
目前，在代工業(yè)界具有壓倒優(yōu)勢的是臺灣臺積電。臺積電2009年的銷售額約達(dá)90億美元，占了約一半的市場份額，把第二位以后的企業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。該公司2010年宣布將進(jìn)行有史以來最大的設(shè)備投資，明顯地要進(jìn)一步擴(kuò)大其競爭優(yōu)勢。就支持這項(xiàng)投資的技術(shù)策略，我們采訪了該公司研發(fā)部門的負(fù)責(zé)人蔣尚義副總。（記者：大石基之大下淳一河合基伸佐伯真也小島郁太郎）
問：貴公司計(jì)劃2010年要進(jìn)行48億美元的設(shè)備投資。為什么要決定進(jìn)行如此大規(guī)模的投資？
答：是由于市場對以65～40nm工藝等尖端技術(shù)的需求極其強(qiáng)烈。需求急劇高漲，令我們感到吃驚。為了滿足這種需求，我們判斷有必要大規(guī)模投資。
過去有一個(gè)時(shí)期曾預(yù)測，隨技術(shù)的進(jìn)步，因設(shè)計(jì)和掩模的成本會不斷上升，尖端邏輯電路LSI的設(shè)計(jì)件數(shù)會逐漸減少。但從晶圓片數(shù)的角度看，顧客對尖端技術(shù)產(chǎn)品的垂詢實(shí)際上在持續(xù)上升。從事尖端邏輯LSI生產(chǎn)的客戶數(shù)量確實(shí)有所減少，但所生產(chǎn)的晶圓總量卻并未減少。
問：貴公司在2010年第二季成為第一個(gè)量產(chǎn)28nm產(chǎn)品的半導(dǎo)體代工企業(yè)。已有20家以上的客戶，并獲得了來自大型FPGA供應(yīng)商美國Altera公司與美國賽靈思（Xilinx）公司的訂單。
答：我們很高興獲得來自Xilinx的訂單，它此前是我們競爭對手的客戶。像Xilinx和Altera這樣與率先導(dǎo)入最尖端技術(shù)的半導(dǎo)體制造廠商合作，可使得技術(shù)開發(fā)和量產(chǎn)得以盡早開始，因而具有重大意義。這會加強(qiáng)晶圓代工業(yè)務(wù)的優(yōu)勢地位。此次，我們向Xilinx提供了使用高介電金屬柵極的低功耗版工藝技術(shù)。
問：高介電金屬柵極技術(shù)采用后柵極制造法，是因?yàn)樗窃贏tom核的基礎(chǔ)SoC的制造上與貴公司有合作關(guān)系的英特爾的量產(chǎn)方式嗎？
答：我們與英特爾沒有合作關(guān)系。選擇這種方法完全出于技術(shù)上的考量。
我們當(dāng)初曾開發(fā)了前柵極高介電金屬柵極（gate-firsthigh-k/metalgate）。但發(fā)現(xiàn)在晶體管閾值電壓的控制上碰了壁：因?yàn)楹茈y在nMOS上獲得低閾值電壓。這就是nMOS和pMOS都使用相同的柵極金屬材料的原因。
因此，我們對閾值電壓控制的自由度予以了高度重視，選擇了nMOS和pMOS可使用不同柵極金屬材料的后柵極方式。雖曾有過對制造成本的擔(dān)心，但實(shí)際上成本與前柵極技術(shù)大約相同。
問：貴公司競爭對手GLOBALFOUND-RIES公司和三星的32～28nm芯片都采用前柵極法。
答：目前采用前柵極法的廠商，最早可能在22～20nm工藝時(shí)就將會轉(zhuǎn)而采用后柵極法。如上述所提到的，是由于前柵極法難以在pMOS上獲得低閾值電壓，因此難以實(shí)現(xiàn)高速版工藝。要使閾值電壓高，則為提高工作速度的電源電壓就要上升，功耗就會變大。即使從微細(xì)化的角度看，前柵極法也不利。
pMOS和nMOS需要使用不同的柵極材料這一點(diǎn)，已為過去的歷史所證明：約20年前，許多廠商探討過將n型多晶硅柵極（n-typepoly-Sigates）同時(shí)用于nMOS和pMOS用的可行性，但結(jié)果還是在nMOS采用n型柵極，而pMOS采用p型柵極。此次的結(jié)果完全一樣。
問：貴公司很快發(fā)布了繼28nm后將量產(chǎn)20nm的計(jì)劃，震驚了半導(dǎo)體業(yè)界。并預(yù)定2012年第三季開始生產(chǎn)。請問這一代產(chǎn)品的技術(shù)策略為何？
答：除第二代使用高介電金屬柵極之外，還將在第五代采用應(yīng)變硅（strainedsilicon）與低電阻銅布線等（low-resistancecoppermetallization）。
關(guān)于光刻，計(jì)劃最初將采用反復(fù)兩次曝光（twoexposurepasses）的雙圖樣微影技術(shù)（double-patterninglithography）。之后，如果像超紫外線（EUV）與電子束（EB）等曝光技術(shù)足夠成熟，或許會轉(zhuǎn)而采用其中之一。
從20nm代開始，我們還將提供硅通孔（TSV）技術(shù)。
問：可與微細(xì)化相提并論的可降低LSI制造成本的另一個(gè)因素是晶圓的大口徑化。貴公司計(jì)劃何時(shí)導(dǎo)入450mm晶圓？
答：按過去的歷史，每十年出現(xiàn)硅片直徑增大，所謂口徑化。如果按照過去的趨勢，估計(jì)會在2013～2014年左右過渡。但是設(shè)備制造廠商擔(dān)心開發(fā)費(fèi)用上漲，對此不抱積極態(tài)度。
我們常常被客戶逼著降價(jià)。因此，微細(xì)化和晶圓的大口徑化對我們來說不可或缺。300mm晶圓生產(chǎn)效率的提高已接近頂點(diǎn)，因此過渡到450mm是必須的。
問：貴公司計(jì)劃2010年要進(jìn)行48億美元的設(shè)備投資。為什么要決定進(jìn)行如此大規(guī)模的投資？
答：是由于市場對以65～40nm工藝等尖端技術(shù)的需求極其強(qiáng)烈。需求急劇高漲，令我們感到吃驚。為了滿足這種需求，我們判斷有必要大規(guī)模投資。
過去有一個(gè)時(shí)期曾預(yù)測，隨技術(shù)的進(jìn)步，因設(shè)計(jì)和掩模的成本會不斷上升，尖端邏輯電路LSI的設(shè)計(jì)件數(shù)會逐漸減少。但從晶圓片數(shù)的角度看，顧客對尖端技術(shù)產(chǎn)品的垂詢實(shí)際上在持續(xù)上升。從事尖端邏輯LSI生產(chǎn)的客戶數(shù)量確實(shí)有所減少，但所生產(chǎn)的晶圓總量卻并未減少。
問：貴公司在2010年第二季成為第一個(gè)量產(chǎn)28nm產(chǎn)品的半導(dǎo)體代工企業(yè)。已有20家以上的客戶，并獲得了來自大型FPGA供應(yīng)商美國Altera公司與美國賽靈思（Xilinx）公司的訂單。
答：我們很高興獲得來自Xilinx的訂單，它此前是我們競爭對手的客戶。像Xilinx和Altera這樣與率先導(dǎo)入最尖端技術(shù)的半導(dǎo)體制造廠商合作，可使得技術(shù)開發(fā)和量產(chǎn)得以盡早開始，因而具有重大意義。這會加強(qiáng)晶圓代工業(yè)務(wù)的優(yōu)勢地位。此次，我們向Xilinx提供了使用高介電金屬柵極的低功耗版工藝技術(shù)。
問：高介電金屬柵極技術(shù)采用后柵極制造法，是因?yàn)樗窃贏tom核的基礎(chǔ)SoC的制造上與貴公司有合作關(guān)系的英特爾的量產(chǎn)方式嗎？
答：我們與英特爾沒有合作關(guān)系。選擇這種方法完全出于技術(shù)上的考量。
我們當(dāng)初曾開發(fā)了前柵極高介電金屬柵極（gate-firsthigh-k/metalgate）。但發(fā)現(xiàn)在晶體管閾值電壓的控制上碰了壁：因?yàn)楹茈y在nMOS上獲得低閾值電壓。這就是nMOS和pMOS都使用相同的柵極金屬材料的原因。
因此，我們對閾值電壓控制的自由度予以了高度重視，選擇了nMOS和pMOS可使用不同柵極金屬材料的后柵極方式。雖曾有過對制造成本的擔(dān)心，但實(shí)際上成本與前柵極技術(shù)大約相同。
問：貴公司競爭對手GLOBALFOUND-RIES公司和三星的32～28nm芯片都采用前柵極法。
答：目前采用前柵極法的廠商，最早可能在22～20nm工藝時(shí)就將會轉(zhuǎn)而采用后柵極法。如上述所提到的，是由于前柵極法難以在pMOS上獲得低閾值電壓，因此難以實(shí)現(xiàn)高速版工藝。要使閾值電壓高，則為提高工作速度的電源電壓就要上升，功耗就會變大。即使從微細(xì)化的角度看，前柵極法也不利。
pMOS和nMOS需要使用不同的柵極材料這一點(diǎn)，已為過去的歷史所證明：約20年前，許多廠商探討過將n型多晶硅柵極（n-typepoly-Sigates）同時(shí)用于nMOS和pMOS用的可行性，但結(jié)果還是在nMOS采用n型柵極，而pMOS采用p型柵極。此次的結(jié)果完全一樣。
問：貴公司很快發(fā)布了繼28nm后將量產(chǎn)20nm的計(jì)劃，震驚了半導(dǎo)體業(yè)界。并預(yù)定2012年第三季開始生產(chǎn)。請問這一代產(chǎn)品的技術(shù)策略為何？
答：除第二代使用高介電金屬柵極之外，還將在第五代采用應(yīng)變硅（strainedsilicon）與低電阻銅布線等（low-resistancecoppermetallization）。
關(guān)于光刻，計(jì)劃最初將采用反復(fù)兩次曝光（twoexposurepasses）的雙圖樣微影技術(shù)（double-patterninglithography）。之后，如果像超紫外線（EUV）與電子束（EB）等曝光技術(shù)足夠成熟，或許會轉(zhuǎn)而采用其中之一。
從20nm代開始，我們還將提供硅通孔（TSV）技術(shù)。
問：可與微細(xì)化相提并論的可降低LSI制造成本的另一個(gè)因素是晶圓的大口徑化。貴公司計(jì)劃何時(shí)導(dǎo)入450mm晶圓？
答：按過去的歷史，每十年出現(xiàn)硅片直徑增大，所謂口徑化。如果按照過去的趨勢，估計(jì)會在2013～2014年左右過渡。但是設(shè)備制造廠商擔(dān)心開發(fā)費(fèi)用上漲，對此不抱積極態(tài)度。
我們常常被客戶逼著降價(jià)。因此，微細(xì)化和晶圓的大口徑化對我們來說不可或缺。300mm晶圓生產(chǎn)效率的提高已接近頂點(diǎn)，因此過渡到450mm是必須的。
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