催生新世代處理器　臺(tái)積電翻新晶圓制程技術(shù)

臺(tái)積電正多管齊下打造兼顧效能與功耗的新世代處理器。為優(yōu)化處理器性能并改善電晶體漏電流問(wèn)題，臺(tái)積電除攜手矽智財(cái)(IP)業(yè)者，推進(jìn)鰭式電晶體(FinFET)制程商用腳步外，亦計(jì)劃從晶圓導(dǎo)線(Interconnect)和封裝技術(shù)著手，加速實(shí)現(xiàn)三維晶片(3D IC)；同時(shí)也將提早布局新一代半導(dǎo)體材料，更進(jìn)一步提升電晶體傳輸速度。

臺(tái)積電先進(jìn)元件科技暨TCAD部門總監(jiān)Carlos H. Diaz提到，臺(tái)積電亦已開始布局10奈米制程，正積極開發(fā)相關(guān)微影技術(shù)。
臺(tái)積電先進(jìn)元件科技暨技術(shù)型電腦輔助設(shè)計(jì)(TCAD)部門總監(jiān)Carlos H. Diaz表示，由于行動(dòng)處理器須兼具高效能、低功耗價(jià)值，且每一代產(chǎn)品更迭迅速，因此晶圓廠已不能單純從制程微縮的角度出發(fā)，必須著眼晶圓制程相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)，方能滿足IC設(shè)計(jì)業(yè)者需求?；诖艘桓拍?，臺(tái)積電將同步改良電晶體、導(dǎo)線及封裝結(jié)構(gòu)，以提高晶片電晶體密度、傳輸速度，并降低漏電流。

Diaz指出，臺(tái)積電將一改過(guò)去花2年時(shí)間跨入下一個(gè)制程世代的規(guī)畫，2014年發(fā)表20奈米(nm)方案后，將提早1年在2015年推出16奈米FinFET，以3D結(jié)構(gòu)增加電晶體密度并減少漏電流情形。該公司正攜手安謀國(guó)際(ARM)、Imagination推動(dòng)FinFET試產(chǎn)，并加緊研發(fā)水浸潤(rùn)式微影(Water Immersion Lithography)雙重曝光(Double-patterning)技術(shù)，以及極紫外光(EUV)單曝光(Single Exposure)，期提早跨越量產(chǎn)成本門檻。

Diaz也透露，就目前與Imagination的技術(shù)合作進(jìn)展來(lái)看，預(yù)估2015年16奈米FinFET正式上市后，相較于現(xiàn)有28奈米處理器，內(nèi)建GPU將達(dá)到十倍以上的每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)(FLOPS)，并將擴(kuò)增四倍以上頻寬，有助在更小的GPU單位面積下，激發(fā)更多運(yùn)算效能。

至于晶圓導(dǎo)線和封裝結(jié)構(gòu)部分，臺(tái)積電也計(jì)劃以2.5D/3D IC方案，克服高密度晶片整合、散熱和連接功耗等問(wèn)題。Diaz強(qiáng)調(diào)，平面式晶片已逐漸面臨效能、功耗改善的瓶頸，晶圓廠須取法3D電晶體概念，利用矽穿孔(TSV)等封裝技術(shù)革新，達(dá)成晶片子系統(tǒng)堆疊設(shè)計(jì)；同時(shí)還須針對(duì)晶圓后段導(dǎo)線制程(BEOL)導(dǎo)入新一代低介電常數(shù)(Low K)材質(zhì)，以縮減金屬導(dǎo)線互連的電阻電容延遲(RC Delay)。

據(jù)悉，目前臺(tái)積電已透過(guò)獨(dú)家CoWoS 2.5D制程，成功堆疊邏輯晶片與Wide I/O記憶體，未來(lái)終極目標(biāo)系將手機(jī)內(nèi)部所有晶片子系統(tǒng)融合在一起，實(shí)現(xiàn)超高整合度的晶圓系統(tǒng)層級(jí)設(shè)計(jì)。

除了在“矽”晶圓上下功夫外，晶圓廠也須開發(fā)新的半導(dǎo)體材料。Diaz指出，隨著半導(dǎo)體制程加速演進(jìn)，矽材料的物理極限已近在咫尺，驅(qū)動(dòng)晶圓廠提早展開換料布局，包括三五族(III-V)、鎳或鍺等材料均是極具發(fā)展?jié)摿Φ奶娲x項(xiàng)。為鞏固晶圓代工市場(chǎng)龍頭地位，臺(tái)積電已在全球各個(gè)知名大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)發(fā)起下世代半導(dǎo)體材料研究計(jì)劃，藉以強(qiáng)化晶圓生產(chǎn)各段的技術(shù)能量。