從FinFET到GAA:三星3nm晶圓代工轉型之旅

作者 : Majeed Ahmad,EDN主編

全球晶圓龍頭台積電預計將從2nm處理器節點開始採用GAA FET技術。而在市佔率仍遠落後於台積電的三星,儘管較台灣晶圓代工大廠領先於3nm製程導入GAA,同時也承擔了巨大的技術風險...

三星電子(Samsung Electronics)宣佈,該公司名為‘3GAE’的3奈米(nm)環繞式閘極(gate-all-around;GAA)製程技術發展順利,並已於今年4月推出其0.1版製程設計套件(PDK)。三星目前正於其3nm製程節點中導入GAA架構,以克服FinFET架構的實體微縮和性能限制。

三星的晶圓廠高層指出,基於奈米線的傳統GAA——也稱為GAAFET,由於其有效通道寬度較小,因而需要更多的堆疊。另一方面,三星的多橋通道FET (MBCFET)技術採用奈米片架構以增強閘極控制,而這又使得每個堆疊獲得更大電流。

1:製程節點的演變標誌著晶片製造方式的根本變化。(資料來源:Samsung Electronics)

另一個關鍵區別在於:現有的FinFET結構必須分別地調節鰭片數量。MBCFET技術在此由於控制奈米片寬度,而提供了更大的設計靈活度。相較於5nm製程,三星聲稱,其首度採用MBCFET的3nm GAA製程節點面積最多可減少35%、性能提高30%,功耗也降低了50%。此外,3nm的邏輯良率能夠達到與目前量產的4nm製程相當的程度。

三星的晶圓廠計劃於2022年上半年開始量產其首批3nm晶片設計,並於2023年開始生產第二代的3nm晶片。三星技術藍圖的下一步是採用MBCFET架構的2nm製程節點;該技術目前處於開發的早期階段,目標是在2025年實現大規模量產。

三星在晶圓代工方面的勁敵——台積電(TSMC)也聲稱其3nm製程節點的開發正順利進展中,並計劃在2022年下半年實現量產。值得注意的是,台積電的3nm製程節點採用的是FinFET電晶體結構,這意味著半導體公司將不需要採用新的EDA工具以及開發新IP。

然而,Samsung高層指出,MBCFET架構相容於FinFET製程,這意味著工程師可以為這兩種技術採用相同的製造技術和設備。而這也將有助於加速製程發展以及提升產能。

2:三星領先台積電於3nm製程節點實施GAA技術。(資料來源:Samsung Electronics)

全球晶圓龍頭台積電則預計將從2nm處理器節點中開始採用GAA FET技術。因此,在市佔率方面仍遠落後於台積電的三星,儘管較台灣晶圓代工大廠領先一代導入GAA技術,但同時也承擔了巨大的技術風險。

三星已經與合作夥伴共同開發原始設計工具,並在其2021年第五屆年度三星晶圓代工論壇(Samsung Foundry Forum;SFF)中發佈了轉向基於GAA的3nm製程技術過渡計劃。這家韓國巨擘一向以押重注於先進製程技術並挑戰常規商業智慧而聞名。如今,觀察三星的GAA技術賭注如何在與全球晶片代工龍頭的大型晶圓廠業務競爭中取得成果,這將會十分有趣。

編譯:Susan Hong

(參考原文:From FinFET to GAA: Samsung’s fab journey to 3 nm,by Majeed Ahmad)

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