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引言在半導(dǎo)體技術(shù)快速發(fā)展的今天,很容易被最先進(jìn)的制程節(jié)點(diǎn)所吸引。然而,成熟的制程節(jié)點(diǎn)在行業(yè)中持續(xù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用,為各種應(yīng)用和設(shè)備提供動(dòng)力。本文探討了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的重要性、經(jīng)濟(jì)影響以及在當(dāng)今技術(shù)格局中的持久相關(guān)性。
5 A2 |: v6 Q( F! i) u" N制程節(jié)點(diǎn)的演變半導(dǎo)體制造技術(shù)自微米時(shí)代以來取得了長足進(jìn)步。隨著進(jìn)入納米級(jí)別,幾項(xiàng)重大變革塑造了行業(yè)發(fā)展:
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: S% w7 s1 P" B) P; w- j: F圖1:硅加工技術(shù)的演變,顯示了關(guān)鍵里程碑,如向更大晶圓的過渡、高k金屬柵極的引入、計(jì)算光刻技術(shù)、多重曝光、極紫外光刻(EUV)和環(huán)繞柵極(GAA)晶體管的應(yīng)用[1]6 V z3 q( Y2 p3 F
1.在130納米和90納米節(jié)點(diǎn)之間,晶圓從200毫米轉(zhuǎn)變?yōu)?00毫米,提高了成本效率。2.大約在45納米節(jié)點(diǎn),計(jì)算光刻技術(shù)變得必不可少,以確保清晰的特征印刷。3.引入了高k介電質(zhì)和金屬柵極,防止柵極氧化層變得過薄。4.多重曝光技術(shù),如雙重和四重曝光,在NAND閃存的30納米和數(shù)字邏輯的20納米節(jié)點(diǎn)變得必不可少。5.鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)首次在22納米節(jié)點(diǎn)采用,并在14納米節(jié)點(diǎn)成為主流。6.極紫外光刻技術(shù)(EUV)從7納米節(jié)點(diǎn)開始使用,并在5納米節(jié)點(diǎn)成為必需。5 g0 s$ W. ]" q3 l5 u
節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)學(xué)歷史上,每個(gè)新的制程節(jié)點(diǎn)都會(huì)帶來20-25%的每顆芯片制造成本降低。然而,這一趨勢在20納米節(jié)點(diǎn)左右開始發(fā)生變化。Synopsys的首席產(chǎn)品經(jīng)理Andrew Appleby解釋說:“在鰭式場效應(yīng)晶體管時(shí)代,每一代技術(shù)進(jìn)步所需的特殊制程要求都增加了顯著的成本和復(fù)雜性!2 X; C2 z1 h/ d2 B3 |9 [
結(jié)果是出現(xiàn)了一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí),即先進(jìn)節(jié)點(diǎn)不再自動(dòng)轉(zhuǎn)化為成本節(jié)約。這種轉(zhuǎn)變?cè)谛袠I(yè)中造成了一種分化:高性能、高成本芯片:英特爾、三星和英偉達(dá)等公司繼續(xù)推動(dòng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展,因?yàn)楫a(chǎn)品可以獲得高價(jià)格。對(duì)成本敏感的應(yīng)用:許多公司和產(chǎn)品由于經(jīng)濟(jì)因素而停留在較舊的節(jié)點(diǎn)上。[/ol]& X ^8 }0 _8 p# l/ A
這種分化導(dǎo)致設(shè)計(jì)開始集中在某些節(jié)點(diǎn)上,特別是28納米左右,這代表了平面技術(shù)過渡到更昂貴的鰭式場效應(yīng)晶體管設(shè)計(jì)之前的最后一代。 \8 w& \: T" I: G
成熟節(jié)點(diǎn)的持久性先進(jìn)節(jié)點(diǎn)具有吸引力,但成熟的制程技術(shù)由于以下原因繼續(xù)蓬勃發(fā)展:成本效益:較舊的節(jié)點(diǎn)通常使用已完全折舊的設(shè)備,使芯片生產(chǎn)利潤很高。足夠的性能:許多應(yīng)用不需要先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的尖端性能。模擬和混合信號(hào)兼容性:這些類型的線路在成熟節(jié)點(diǎn)上表現(xiàn)往往更好。汽車和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用:許多這些設(shè)備由于成本考慮和電壓要求使用較舊的節(jié)點(diǎn)。[/ol]* r( [" R" ^# Y5 `4 Z1 c+ W; S( x
Tignis公司營銷副總裁David Park指出:“除了英特爾或內(nèi)存制造商外,選擇任何集成器件制造商(IDM),許多仍在130納米及以上節(jié)點(diǎn)進(jìn)行制造。某些部件根本不需要在更小的節(jié)點(diǎn)上制造!/ @: N5 R$ r2 m n" S2 U, ^
最佳選擇不同的應(yīng)用傾向于特定的節(jié)點(diǎn):電源管理集成電路(PMICs):通常使用180納米或130納米節(jié)點(diǎn),更先進(jìn)的設(shè)計(jì)正在向90納米、55納米和40納米移動(dòng)。傳感器:通常在180納米和150納米節(jié)點(diǎn)上找到,而集成微控制器的智能傳感器正在向65納米或40納米移動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備:由于成本考慮,大多數(shù)仍停留在40納米和22納米節(jié)點(diǎn)。模擬和混合信號(hào)芯片:55納米被認(rèn)為是最佳選擇,純模擬設(shè)計(jì)停留在180納米和150納米。4 R2 _: [2 I8 I
Chiplet的作用Chiplet技術(shù)的出現(xiàn)正在影響節(jié)點(diǎn)選擇。理論上,Chiplet允許公司僅將先進(jìn)節(jié)點(diǎn)用于真正需要的組件,而將其他部分保留在成熟節(jié)點(diǎn)上。然而,目前先進(jìn)封裝解決方案的高成本意味著Chiplet對(duì)許多應(yīng)用來說還不具有成本效益。
! p( b4 x9 U1 ?: t& ^" i" `7 B保持成熟節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性晶圓廠正在積極努力延長成熟節(jié)點(diǎn)的壽命。例如,聯(lián)華電子(UMC)將22/28納米節(jié)點(diǎn)作為主要節(jié)點(diǎn)。其他晶圓廠正在實(shí)施改進(jìn),以吸引新的設(shè)計(jì)到較舊的制程,例如:引入特定晶體管設(shè)備以提高性能或最小化漏電實(shí)施制程縮小以改善成本和工具利用率添加射頻功能或高壓能力,用于混合信號(hào)系統(tǒng)納入汽車級(jí)認(rèn)證
4 N& ^. A/ R6 P( J/ B! T: f |制程節(jié)點(diǎn)的未來隨著行業(yè)繼續(xù)發(fā)展,可能會(huì)看到一種"雪犁效應(yīng)",即設(shè)計(jì)積累在某些節(jié)點(diǎn)上,特別是28納米左右。12納米到2納米之間的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)看到設(shè)計(jì)開始減少,因?yàn)椴捎贸杀菊系K變得越來越顯著。$ |9 R+ G( R- y6 a
然而,這并不意味著成熟節(jié)點(diǎn)將變得過時(shí)。正如Synopsys的Appleby指出:“處于尖銳轉(zhuǎn)折點(diǎn)的技術(shù),如平面節(jié)點(diǎn)的最后一代,保證了長壽命,因?yàn)閷?duì)于許多不需要下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品類別,提供了最佳功能集!
& t+ Y7 B# c! i7 M5 a結(jié)論半導(dǎo)體行業(yè)將繼續(xù)推動(dòng)先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的可能性邊界,但成熟制程技術(shù)的重要性不容忽視。這些傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)提供了成本效益、性能和多功能性的關(guān)鍵平衡,使其對(duì)廣泛的應(yīng)用不可或缺。展望未來,半導(dǎo)體格局可能將繼續(xù)以多樣化的制程節(jié)點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)為特征,每個(gè)節(jié)點(diǎn)在我們?nèi)找婊ヂ?lián)的世界中服務(wù)于特定的需求和應(yīng)用。9 L) u3 e. W- a6 T0 D9 {# ]
參考來源B. Moyer, "Legacy Process Nodes Going Strong," Semiconductor Engineering, Jul. 23, 2024.; U+ [( N3 i0 h x: v
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5 t7 W* i7 L5 Y" p# V深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
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