5年內(nèi)進入3納米，臺積電真能做到嗎？

　　***地區(qū)科技部長陳良基9日表示，半導體為產(chǎn)業(yè)競爭力核心，臺積電10納米制程已進入量產(chǎn)，2年后將進入7納米，不到5年將進入3納米、2納米，屆時將面臨物理極限，必須要透過基礎研究突破。

　　陳良基在行政院新首長上任聯(lián)合記者會上表示，上任后將推動3件工作，第一支援學術研究；第二提振與推動產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新，將相關技術透過研究轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品；第三建置國內(nèi)相關科技研究環(huán)境，支持及維運科學園區(qū)發(fā)展。

　　他強調(diào)，負責科研獎助的科技部并非冷門單位，他所提供的研究是與民眾未來切身相關的產(chǎn)品，例如目前手機上的虛擬實境與未來的人工智慧技術。

　　科技研究對***非常重要，陳良基說，他對自己立下使命標竿，期持續(xù)以科技研究創(chuàng)造***的價值，也期盼于任內(nèi)首先要連結(jié)學界研發(fā)成果與科技業(yè)界緊密結(jié)合，持續(xù)打底基礎研究。

　　以臺積電為例，10納米制程已進入量產(chǎn)，2年后將進入7納米，不到5年將進入3納米、2納米，屆時將面臨物理極限，須透過基礎研究突破。除半導體外，其他業(yè)界也需要基礎研究支撐，科技部未來將結(jié)合學術界、產(chǎn)業(yè)界，共同推動產(chǎn)學聯(lián)盟，期每年組成5－10個產(chǎn)學聯(lián)盟。

　　臺積電百人團隊投入3nm

　　去年下半年，臺積電共同CEO劉德音首次透露了3nm制程的進度，他表示，目前組織了300~400人的團隊研發(fā)中。根據(jù)規(guī)劃， 臺積電的10nm、7nm都會用上EUV極紫外光刻技術，更遙遠的5nm也會如此，而且還會加入新的多重電子束技術（multipe e-beam）。

　　這兩年業(yè)界在進入FinFET時代之后速度有所放慢，Intel的14nm制程延期一兩年，直接導致他們放棄了Tick-Tock戰(zhàn)略。Intel最初對制程進展的時間表還很樂觀，上面這張前幾年的路線圖中，10nm制程預計在2015年之后量產(chǎn)，但實際上是在明年下半年，延期了差不多2年，后面的7nm制程尚未公布具體量產(chǎn)時間，5nm等制程就更不用說了。因為就物理原理而言，7納米的晶體管堪稱物理極限，一旦晶體管的大小低于這一數(shù)字，晶體管之間就會產(chǎn)生所謂“量子隧穿”效應，使數(shù)據(jù)的交換紊亂，為芯片制造帶來巨大挑戰(zhàn)。也體了現(xiàn)在臺積電深厚的技術底蘊。今年年底量產(chǎn)的10nm工藝上臺積電就使用了EUV極紫外光刻技術，再往后的7nm、5nm也會采用這一技術，其中5nm還將使用多重電子束技術，以解決以上的物理難關。

　　目前的情況是，包括Intel、TSMC、三星在內(nèi)，他們的10nm制程早已研發(fā)完畢，已經(jīng)在準備量產(chǎn)。下下代的7nm制程已經(jīng)在規(guī)劃中了，技術研發(fā)也差不多了，已經(jīng)準備在明年開始流片。再具體一些，TSMC公司聯(lián)席CEO劉德音之前透露了該公司的制程路線圖——2017年Q1正式量產(chǎn)，7nm制程投產(chǎn)也在計劃中。

　　至于更先進的5nm制程，目前還在積極規(guī)劃，而3nm制程也組建了300-400人的團隊在攻關了。如果沒記錯的話，這應該是首次有半導體公司提到3nm制程進展，此前見諸報導中最多提到5nm制程，3nm制程鮮有人提及——話說連廠商現(xiàn)在也不能保證3nm制程到底何時推出吧，從5nm進展來看，小編估計至少是2025-2030年的事了。

　　技術面臨的挑戰(zhàn)

　　但那么先進的制程，會面臨多方面的挑戰(zhàn)，首先就是來自材料本身的極限。

　　產(chǎn)業(yè)顧問機構(gòu)IC Knowledge總裁Scotten Jones認為，納米節(jié)點將在2019年開始在某些制程步驟采用EUV技術，或許仍得采用某種形式的FinFET晶體管；至于再往下到3.5納米節(jié)點，將會進展至采用水平納米線（horizontal nanowire），而該節(jié)點應該會是經(jīng)典半導體制程微縮的終點；其后2.5納米節(jié)點堆棧n型與p型納米線，可望在2025年將晶體管密度增加60~70 %。

　　而EUV光刻機也是一大障礙。

　　Globalfoundries技術長Gary Patton在2016年10月來臺與本地媒體分享該公司最新技術與策略方向時則表示，他預期EUV微影技術要到2019年才會邁入成熟，而Globalfoundries在該時間點之前就會量產(chǎn)的7納米制程應該不會采用該技術。

　　市場研究機構(gòu)Semiconductor Advisors的分析師Robert Maire認為：「EUV微影真正開始量產(chǎn)應該是會在2020年；」他指出，臺積電（TSMC）已經(jīng)宣布了將在5納米節(jié)點采用EUV微影的計劃；而英特爾則可能會在7納米采用EUV微影，與臺積電的5納米節(jié)點量產(chǎn)時程相當， 時程預計是在2019年。

　　Patton表示，人工智能、云端運算、高速通訊等應用，目前最尖端的3D晶體管FinFET制程是理想選擇，目前該技術進入14納米節(jié)點量產(chǎn)、已經(jīng)成熟而且對高階應用有價值；至于對運算性能要求較低、也以較低功率運作的各種嵌入式裝置，例如物聯(lián)網(wǎng)設備，其實就不一定要用到最尖端的FinFET制程，否則并不符合成本效益。

　　GlobalFoundries提供的其他技術選項是全空乏絕緣上覆硅（Fully depleted silicon-on-insulator，F(xiàn)D-SOI）制程；Patton指出，該公司準備在2017年量產(chǎn)的22納米FD-SOI制程，在成本上與成熟的28納米平面晶體管制程相當，但能達到類似FinFET制程的性能，而且功耗更低、 封裝尺寸更小，也更適合與RF組件的整合。

　　在封裝技術方面，Patton表示在過去一年來，Globalfoundries看到2.5D與3D芯片堆棧的客戶需求有大幅成長的趨勢；目前該公司可提供應用于32~22納米深度溝槽式晶圓的「智能中介層」（interposer），具備去耦電容，能支持低功率應用的芯片堆棧。

　　在芯片堆棧技術方面，***半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（TSIA）理事長、鈺創(chuàng)科技董事長盧超群表示，過去15年來IC產(chǎn)業(yè)已經(jīng)達成了「類似以微觀建筑技術造高樓」的突破，發(fā)明3D甚至超越3D的異質(zhì)性晶粒排列或堆棧方法；再加上半導體廠商在晶圓級封裝技術（WLP）上的研發(fā)成果──例如臺積電的整合型扇出（Integrated Fan-out，Info）與整合型扇出-封裝內(nèi)建封裝技術（InFO-PoP）。

　　將IC制造與封測一體化，是工藝前進的保證，也會是讓摩爾定律延續(xù)更長壽命的關鍵。