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抢先台积电,三星3nm GAA工艺成功流片!到底什么是GAA?

原标题:抢先台积电,三星3nm GAA工艺成功流片!到底什么是GAA?

目前全球已量产的最先进半导体工艺是5nm,台积电此前表示,2022年下半年将量产3nm工艺,不过在3nm节点台积电依然选择FinFET晶体管技术,而三星则选择了GAA(Gate-all-around)技术。近日,三星对宣布其基于GAA技术的3nm制程成已成功流片(Tape Out)。

据外媒报导,三星3nm制程流片进度是与新思科技(Synopsys)合作,加速为GAA 架构的生产流程提供高度优化参考方法。因为三星基于GAA技术的3nm制程不同于台积电FinFET架构的3nm制程,所以三星需要新的设计和认证工具,故而采用了新思科技的Fusion Design Platform。

针对三星3nm GAA制程技术的物理设计套件(PDK)已在2019 年5 月发表,并2020 年通过制程技术认证。预计此流程使三星3nm GAA 结构制程技术可用于高性能计算(HPC)、5G、移动和高端人工智能(AI)应用芯片生产。

三星代工设计技术团队副总裁Sangyun Kim 表示,三星代工技术是推动下一阶段产业创新的核心。三星将藉由不断发展技术制程,满足专业和广泛市场增长的需求。三星电子最新且先进的3nm GAA 制程技术,受惠于与新思科技合作,Fusion Design Platform 加速准备,有效达成3nm制程技术承诺,证明关键联盟的重要性和优点。

新思科技数位设计部总经理Shankar Krishnamoorthy 也表示,GAA 晶体管结构象征着制程技术进步的关键转换点,对保持下一波超大规模创新所需的策略至关重要。新思科技与三星战略合作支持提供一流技术和解决方案,确保发展趋势延续,以及为半导体产业提供机会。

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传统的平面晶体管(Planar FET)通过降低电压来节省功耗,然而,平面晶体管的短沟道效应限制了电压的继续降低,而FinFET(鳍式场效应晶体管)的出现使得电压得以再次降低,但随着工艺的继续推进,FinFET已经不足以满足需求。于是,GAA(Gate-all-around,环绕栅极)技术应运而生。

如下图,典型的GAA形式——GAAFET是(Gate-all-around FETs)采用的是纳米线沟道设计,沟道整个外轮廓都被栅极完全包裹,代表栅极对沟道的控制性更好。相比之下,传统的FinFET 沟道仅3 面被栅极包围。GAAFET 架构的晶体管提供比FinFET 更好的静电特性,可满足某些栅极宽度的需求。这主要表现在同等尺寸结构下,GAA 的沟道控制能力强化,尺寸可以进一步微缩。

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不过,三星认为采用纳米线沟道设计不仅复杂,且付出的成本可能也大于收益。因此,三星设计了一种全新的GAA形式——MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多桥-通道场效应管),采用多层堆叠的纳米片来替代GAAFET中的纳米线。这种纳米片设计已被研究机构IMEC当作FinFET 架构后续产品进行大量研究,并由IBM 与三星和格罗方德合作发展。

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三星表示,MBCFET可以在保留所有GAAFET优点的情况下,最小化复杂度。同时,MBCFET的设计可以兼容之前的FinFET技术,可以直接将为FinFET的设计迁移到MBCFET上,在不提升面积的情况下,提升性能。

此外,在制造环节,此技术也具高度可制造性,因为其利用约90% FinFET 制造技术与设备,只需少量修改的光罩即可。

三星称,MBCFET出色的栅极可控性,比三星原本FinFET 技术高出了31%,且纳米片通道宽度可直接图像化改变,设计更有灵活性。

三星的3nm GAA(MBCFET)工艺分为3GAAE / GAAP (3nm Gate- AlI-Around Early/Plus)两个阶段。按照三星的说法,与5nm工艺相比,3nm GAA技术的逻辑面积效率提高了35%以上,功耗降低了50%,性能提高了约30%。

随着此次三星3nm GAA制程的成功流片,则意味着距离三星3nm GAA工艺的量产又近了一步。根据三星此前的预计,可能会在2022年量产。

对于台积电来说,其在3nm制程上依然采用了FinFET技术,等到2nm节点才会采用GAA技术,路线应该是纳米线沟道设计的GAAFET架构。目前台积电正在进行先进材料和晶体管结构的预研。

另外,台积电还加强先导性研发工作,重点放在2nm以外节点,以及3D晶体管、新记忆体、low-R interconnect 等领域,有望为许多技术平台奠定生产基础。台积电还在扩大Fab 12 的研发能力,目前Fab 12 正在研究开发N3、N2 甚至更高阶制程节点。

编辑:芯智讯-浪客剑返回搜狐,查看更多

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