FinFET引爆投資熱半導(dǎo)體業(yè)烽煙再起

LED半導(dǎo)體照明網(wǎng)訊 半導(dǎo)體業(yè)界已發(fā)展出運(yùn)用FinFET的半導(dǎo)體制造技術(shù)，對(duì)制程流程、設(shè)備、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化、IP與設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生極大變化。特別是IDM業(yè)者與晶圓代工廠正競相加碼研發(fā)以FinFET生產(chǎn)應(yīng)用處理器的技術(shù)，促使市場(chǎng)競爭態(tài)勢(shì)急速升溫。

過去數(shù)10年來，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)平面電晶體一直是電子產(chǎn)品的主要建構(gòu)材料，電晶體幾何結(jié)構(gòu)則一代比一代小，因此能開發(fā)出高效能且更便宜的半導(dǎo)體晶片。

然而，電晶體在空間上的線性微縮已達(dá)極限，電晶體縮小到20奈米(nm)以下，會(huì)降低通道閘極控制效果，造成汲極(Drain)到源極(Source)的漏電流增加，并引發(fā)不必要的短通道效應(yīng)(ShortChannelEffect)，而電晶體也會(huì)進(jìn)入不當(dāng)關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)而增加電子裝置待機(jī)耗電量。所幸立體式的鰭式電晶體(FinFET)技術(shù)出現(xiàn)后發(fā)揮作用，在FinFET結(jié)構(gòu)中，由于通道被三層閘極包覆，可更有效壓制關(guān)閉狀態(tài)漏電流。

三層閘極還能讓裝置在「開機(jī)狀態(tài)」下增強(qiáng)電流，又稱為驅(qū)動(dòng)電流(DriveCurrent)。這些優(yōu)點(diǎn)能轉(zhuǎn)換為更低的耗電與更高的裝置效能。3DFinFET裝置預(yù)料將比傳統(tǒng)使用2D平面電晶體的產(chǎn)品更為精實(shí)，如此一來晶粒的整體尺寸也會(huì)更小。整體而言，F(xiàn)inFET技術(shù)能減少晶片漏電流、提高效能并縮小晶粒尺寸，將成為未來10年最重要的半導(dǎo)體制造技術(shù)，帶動(dòng)系統(tǒng)單晶片(SoC)產(chǎn)業(yè)成長。

　　FinFET點(diǎn)燃晶圓代工廠戰(zhàn)火

綜觀全球市場(chǎng)，英特爾(Intel)是唯一完成FinFET制程技術(shù)實(shí)作的制造商。該公司自2012年初即采用自有的第一代22奈米FinFET技術(shù)，生產(chǎn)IvyBridge中央處理器(CPU)。雖然目前英特爾以FinFET技術(shù)生產(chǎn)的SoC僅限于PC和其特有的伺服器應(yīng)用產(chǎn)品，然而其已宣布將延伸至行動(dòng)裝置應(yīng)用處理器的開發(fā)。英特爾更可望依循摩爾定律(Moore’sLaw)，于2013年第四季前將FinFET生產(chǎn)移轉(zhuǎn)至第二代14奈米制程。

未來幾年內(nèi)，愈來愈多頂尖IC設(shè)計(jì)業(yè)者將擴(kuò)大投資并導(dǎo)入FinFET技術(shù)，以制造更先進(jìn)的智慧型手機(jī)和平板應(yīng)用處理器(圖1)。為因應(yīng)客戶需求，臺(tái)積電、格羅方德(GLOBALFOUNDRIES)與三星(Samsung)等主要晶圓代工廠已積極排定FinFET量產(chǎn)時(shí)程，最快可望于2013年第三季開始試產(chǎn)FinFET制程，準(zhǔn)備好投入量產(chǎn)則將在2014年第三季以后，如圖2為英特爾與晶圓代工業(yè)者的FinFET制程生產(chǎn)時(shí)間表預(yù)測(cè)；屆時(shí)，IC設(shè)計(jì)業(yè)者與晶圓代工廠合作下，將推出以FinFET技術(shù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用處理器，與IDM業(yè)者共同角逐市場(chǎng)商機(jī)。

2007～2017年半導(dǎo)體委外服務(wù)產(chǎn)值預(yù)測(cè)資料來源：Gartner

在FinFET制程技術(shù)方面，多數(shù)晶圓代工廠選擇在晶圓前段閘極制程(FEOL)采用14奈米FinFET技術(shù)，后段互連制程(BEOL)則仍使用20奈米。就某種程度而言，混合式的第一代14奈米FinFET制程，其實(shí)就是20奈米電晶體技術(shù)，再加上能持續(xù)提升效能與耗電效率的新型裝置結(jié)構(gòu)。

此種混搭制作方法或許不能在設(shè)計(jì)上縮小晶粒尺寸，但效能提高、減少電力消耗與縮短上市所需時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，足以讓許多一線IC設(shè)計(jì)業(yè)者決定采用FinFET技術(shù)。此外，臺(tái)積電與格羅方德最近皆宣布，有意在14奈米FinFET技術(shù)上線2年后推動(dòng)10奈米制程。

檢視各家晶圓廠FinFET量產(chǎn)時(shí)間表，以及用來指涉16、14及10奈米制程的相關(guān)名稱，因其系出于行銷需求，所以不具重大意義。一般咸認(rèn)，晶圓代工廠的第一代16/14奈米FinFET制程會(huì)較近似英特爾的22奈米制程，而晶圓代工廠10奈米的第二代FinFET制程，則比較接近英特爾14奈米的第二代FinFET技術(shù)。