台积新晶圆制程技术加速实现三维芯片

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台积电正多管齐下打造兼顾效能与功耗的新世代处理器。为优化处理器性能并改善晶体管漏电流问题,台积电除携手硅智财业者,推进鳍式晶体管(FinFET)制程商用脚步外,亦计划从晶圆导线(Interconnect)和封装技术着手,加速实现三维芯片(3DIC);同时也将提早布局新一代半导体材料,更进一步提升晶体管传输速度。

 

台积电先进组件科技暨TCAD部门总监CarlosH.Diaz提到,台积电亦已开始布局10奈米制程,正积极开发相关微影技术。

 

台积电先进组件科技暨技术型计算机辅助设计(TCAD)部门总监CarlosH.Diaz表示,由于行动处理器须兼具高效能、低功耗价值,且每一代产品更迭迅速,因此晶圆厂已不能单纯从制程微缩的角度出发,必须着眼晶圆制程相关的各个环节,方能满足IC设计业者需求。基于此一概念,台积电将同步改良晶体管、导线及封装结构,以提高芯片晶体管密度、传输速度,并降低漏电流。

 

Diaz指出,台积电将一改过去花2年时间跨入下一个制程世代的规划,2014年发表20奈米(nm)方案后,将提早1年在2015年推出16奈米FinFET,以3D结构增加晶体管密度并减少漏电流情形。该公司正携手安谋国际(ARM)、Imagination推动FinFET试产,并加紧研发水浸润式微影(WaterImmersionLithography)双重曝光(Double-patterning)技术,以及极紫外光(EUV)单曝光(SingleExposure),期提早跨越量产成本门坎。

 

Diaz也透露,就目前与Imagination的技术合作进展来看,预估2015年16奈米FinFET正式上市后,相较于现有28奈米处理器,内建GPU将达到十倍以上的每秒浮点运算次数(FLOPS),并将扩增四倍以上频宽,有助在更小的GPU单位面积下,激发更多运算效能。

 

至于晶圆导线和封装结构部分,台积电也计划以2.5D/3DIC方案,克服高密度芯片整合、散热和连接功耗等问题。Diaz强调,平面式芯片已逐渐面临效能、功耗改善的瓶颈,晶圆厂须取法3D晶体管概念,利用硅穿孔(TSV)等封装技术革新,达成芯片子系统堆栈设计;同时还须针对晶圆后段导线制程(BEOL)导入新一代低介电常数(LowK)材质,以缩减金属导线互连的电阻电容延迟(RCDelay)。

 

据悉,目前台积电已透过独家CoWoS2.5D制程,成功堆栈逻辑芯片与WideI/O内存,未来终极目标系将手机内部所有芯片子系统融合在一起,实现超高整合度的晶圆系统层级设计。

 

除了在硅晶圆上下功夫外,晶圆厂也须开发新的半导体材料。Diaz指出,随着半导体制程加速演进,硅材料的物理极限已近在咫尺,驱动晶圆厂提早展开换料布局,包括三五族(III-V)、镍或锗等材料均是极具发展潜力的替代选项。为巩固晶圆代工市场龙头地位,台积电已在全球各个知名大学、研究机构发起下世代半导体材料研究计划,藉以强化晶圆生产各段的技术能量。

 

 

 

 

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