臺積新晶圓制程技術加速實現三維芯片
2013-07-05 22:09:03 本站原創臺積電正多管齊下打造兼顧效能與功耗的新世代處理器。為優化處理器性能并改善晶體管漏電流問題，臺積電除攜手硅智財業者，推進鰭式晶體管(FinFET)制程商用腳步外，亦計劃從晶圓導線(Interconnect)和封裝技術著手，加速實現三維芯片(3DIC);同時也將提早布局新一代半導體材料，更進一步提升晶體管傳輸速度。
臺積電先進組件科技暨TCAD部門總監CarlosH.Diaz提到，臺積電亦已開始布局10奈米制程，正積極開發相關微影技術。
臺積電先進組件科技暨技術型計算機輔助設計(TCAD)部門總監CarlosH.Diaz表示，由于行動處理器須兼具高效能、低功耗價值，且每一代產品更迭迅速，因此晶圓廠已不能單純從制程微縮的角度出發，必須著眼晶圓制程相關的各個環節，方能滿足IC設計業者需求?；诖艘桓拍?，臺積電將同步改良晶體管、導線及封裝結構，以提高芯片晶體管密度、傳輸速度，并降低漏電流。
Diaz指出，臺積電將一改過去花2年時間跨入下一個制程世代的規劃，2014年發表20奈米(nm)方案后，將提早1年在2015年推出16奈米FinFET，以3D結構增加晶體管密度并減少漏電流情形。該公司正攜手安謀國際(ARM)、Imagination推動FinFET試產，并加緊研發水浸潤式微影(WaterImmersionLithography)雙重曝光(Double-patterning)技術，以及極紫外光(EUV)單曝光(SingleExposure)，期提早跨越量產成本門坎。
Diaz也透露，就目前與Imagination的技術合作進展來看，預估2015年16奈米FinFET正式上市后，相較于現有28奈米處理器，內建GPU將達到十倍以上的每秒浮點運算次數(FLOPS)，并將擴增四倍以上頻寬，有助在更小的GPU單位面積下，激發更多運算效能。
至于晶圓導線和封裝結構部分，臺積電也計劃以2.5D/3DIC方案，克服高密度芯片整合、散熱和連接功耗等問題。Diaz強調，平面式芯片已逐漸面臨效能、功耗改善的瓶頸，晶圓廠須取法3D晶體管概念，利用硅穿孔(TSV)等封裝技術革新，達成芯片子系統堆棧設計;同時還須針對晶圓后段導線制程(BEOL)導入新一代低介電常數(LowK)材質，以縮減金屬導線互連的電阻電容延遲(RCDelay)。
據悉，目前臺積電已透過獨家CoWoS2.5D制程，成功堆棧邏輯芯片與WideI/O內存，未來終極目標系將手機內部所有芯片子系統融合在一起，實現超高整合度的晶圓系統層級設計。
除了在硅晶圓上下功夫外，晶圓廠也須開發新的半導體材料。Diaz指出，隨著半導體制程加速演進，硅材料的物理極限已近在咫尺，驅動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展潛力的替代選項。為鞏固晶圓代工市場龍頭地位，臺積電已在全球各個知名大學、研究機構發起下世代半導體材料研究計劃，藉以強化晶圓生產各段的技術能量。
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