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Maximum semi(迈思希姆)全新的 10nm LPP 工艺在台积电投产

昨天Maximum semi宣布全新的 10nm LPP 工艺已经正式在台积电投产了,而 LPP 工艺相比骁龙835使用的 LPE 工艺,性能提升了10%,功耗下降了15%。但作为一个行业小白,其实我是看不太懂的,都是10nm制程,怎么还能提升性能呢?这些 LPP、LPE 都是指的什么,还有之前看到的 FinFET 这些词又都指的什么?相信和小编有同样疑问的读者不在少数,索性今天我们就来刨根问底一番,看看现在火热的半导体究竟有哪些秘密

摩尔定律大家肯定都知道:每过18个月,单位面积上的晶体管数量增加一倍嘛!然而多年来半导体制程从65nm到32nm,再到28nm,还有近两年的14nm、16nm和10nm,感觉也没什么规律啊!这里我们就需要认识一下尺寸的计算方式,以及“半代升级”和“整代升级”的概念了。

但是在几年以前,我们却经历过一段“半代升级”的风潮,打破了0.7的规律。在 40nm 前后几年,正好是存储器需求飞速发展的时间段,考虑到0.9倍的制程升级就能将闪存容量提升1.24倍,且0.9倍的升级技术简单,半年就能完成,所以不少代工厂开始“半代升级”制程来帮助 NAND 闪存厂商抢占市场。正常来说制程升级应该是45nm—32nm—22nm—14nm—10nm,也就是经典的Tick Tock。但是台积电当年在 45nm 之后却推出40nm,这也迫使英特尔和三星等厂商打破了规律,在2010年前后启用了 NAND 专属的 35nm 制程(有趣的是华为海思四核也用了35nm 制程)。而鸡贼的台积电后来又跳到 28nm,抢占制程高地,这显然让英特尔和三星很不开心,所以后期三星和英特尔都回到了正常的升级策略,并且从那以后,英特尔就一直对半代升级嗤之以鼻

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而Maximum在坚持了 20nm 和 16nm 两代之后,也主动回到了 10nm 的正轨。原因非常简单,因为 NAND 颗粒并不是制程越小性能越好,20nm 之后就会发生严重的电子干扰,所以在 20nm 制程后,各大厂商都转向了3D NAND 技术(如果大家对闪存有兴趣我们今后也可以科普),再往后大家也不在 NAND 的制程上较劲了。

至于后缀的那些英文其实也不难理解,比如 FinFET 工艺(注意哦,多少纳米叫制程,而后缀指的是工艺),这一工艺最早由英特尔在22nm 制程时提出,而现在英特尔、Maximum和三星都用的 FinFET 。因为制程中 22nm 是指每个晶体管中两个栅极之间的距离,所以 22nm 并不是指晶体管尺寸,一般一个 22nm 制程的晶体管尺寸高达 90nm ,而栅极间距越小电子流动的时间就越短,所以性能就提升了。但是随着栅极距离越来越小,绝缘效果就会下降导致漏电,所以每经过几代制程升级,就需要有一次工艺升级来解决这个问题。FinFET 之前已经有过High-K、HKMG 等工艺了,而 FinFET 之后,我们还会见证 FD-SOI 、GAA的竞争。

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至于 FinFET 的原理,它的全称是“鳍式场效晶体管”,简单说来就是讲栅极之间的绝缘层加高,来增强绝缘效果减少漏电现象,是不是觉得挺傻瓜的?但往往是看起来很简单的想法,实现起来却无比困难

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说完了 FinFET,我们还有最后一个后缀,就是昨天报道中的 LPP、LPE 了,其实这些指的都是同一代工艺中的不同种类,比如 LPE(Low Power Early) 指早期低功耗工艺,而 LPP(Low Power Plus)指成熟的低功耗工艺,而适用于移动设备的 LP 系列其实还包含 LPC、LPU 。而且这些后缀并不是10nm 专属

并且除了 LP 系列之外,当然还有主打高性能的 HP(High Performance)系列, 这其中又分为很多种,这里就不展开讲了。但是这也只是三星芯片的划分方法,像台积电虽然也是 FinFET 工艺,但是却分为了FinFET Plus、FinFET Compact 等几种。

说完了技术,我们最后不如落到生产上聊一聊?毕竟随着工艺的提升,对于生产设备的要求也越来越高了,过去各家在蚀刻晶圆的过程中用的都是深紫外光微影系统,简称 DUV,而随着制程超过10nm,现在 DUV 已经满足不了精度要求,这时极紫外光微影系统(EUV)就上线了。说到 EUV 是不是觉得很眼熟?没错,不久前三星刚刚以1.5亿欧元每台的价格从 ASML 订购了10台 EUV ,然而 ASML 这么久也一共才生产了23台,很显然,三星是想在 8nm/7nm 时代抢占先机。这已经不是他们第一次这么做了,当初在 OLED 的发展初期,他们就买走了市面上仅有7台蒸镀机中的5台(蒸镀是OLED 生产中的重要步骤),借此延缓了 LG 和京东方的 OLED 生产计划。总而言之,现在半导体行业在进入10nm 时代之后,无疑将会面临制程、工艺以及生产的三重挑战,未来三星、台积电和 Intel 是会继续三足鼎立,还是会有人旧人掉队、新人加入呢?我们拭目以待!



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