近年來科學技術的不斷進步,使得芯片工藝水平得到逐步提高。就現階段的芯片工藝技術來看,除了FinFIT技術外,芯片廠商正在紛紛加大投入,研發尖端工藝,以求擁有更多的市場主動權。
一顆高性能在區區數百平方毫米的硅片上蝕刻數十億晶體管,晶體管間的間隔只有幾十納米,需要經過幾百道不同工藝加工,而且全部都是基于精細化操作,制作上凝聚了全人類的智慧,是當今世界上最先進的工藝、生產技術、尖端機械的集中體現。
1971年,Intel發布了第一個處理器4004,它采用10微米工藝生產,僅包含2300多個晶體管;1995年起,芯片制造工藝從0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.15μm、0.13μm,發展到90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、14nm,再到目前最新的10nm。
從14nm到10nm,從10nm到7nm,還有所謂的5nm、3nm和2nm,芯片工藝的競爭程度不斷升級。那么,芯片界的這場“戰爭”會結束嗎?芯片工藝的未來又在哪里呢?
近年來科學技術的不斷進步,使得芯片工藝水平得到逐步提高,較小的工藝制程能夠在同樣大小的硅片上容納更多數量的芯片,可以增加芯片的運算效率;也使得芯片更小。隨著芯片的制程工藝不斷發展,集成度不斷提高,電子產業得以高速發展,每年騰出0.3左右的成本空間。
現階段的芯片工藝技術方面,除了FinFIT技術外,三星、英特爾等芯片廠商紛紛投入到FD-SOI(全耗盡絕緣體硅)工藝、硅光子技術、3D堆疊技術等的研究中,以求突破FinFET的制造極限,擁有更多的主動權。
而中國大陸晶圓代工龍頭中芯國際也在不斷尋求制造工藝方面的突破。近日中芯國際宣布,正式任命趙海軍、梁孟松為中芯國際聯合首席執行官兼執行董事。隨著全球半導體產業重量級人物、原臺積電高管梁孟松的加盟,預計將使中芯國際沖刺28納米高介電常數金屬閘極(HKMG)工藝和14納米先進工藝的進程進一步加速。
對此,業界認為,尖端工藝研發不足是中芯國際乃至中國半導體的短板,本次趙海軍和梁孟松的聯袂上陣補齊了中芯國際的短板,“這對中芯國際是一個重要節點,對中國半導體產業也是一個重要事件。”
“尖端工藝對中國半導體產業而言是兵家必爭之地,也是企業乃至產業的核心競爭力。”芯謀研究創始人顧文軍認為,因為在尖端工藝時間落后和尖端工藝比例過低情況下,客戶極易出現轉單和流失。長此以往,不僅無法滿足海外需求,甚至都無法滿足國內客戶需求。從商業邏輯、國家戰略和企業發展三個角度考慮,中芯國際都必須要做尖端工藝。
不過需要注意的是,芯片真的越小越好嗎?要知道芯片尺寸的縮小也有其物理限制,正在逐漸失效,當我們將晶體管縮小到20nm左右時,就會遇到量子物理中的問題,晶體管存在漏電現象,抵消縮小芯片尺寸獲得的效益;另外,必須采用更高精度的機器進行芯片的掩膜蝕刻,會帶來制造成本高、良品率下降等問題。
由此可見,芯片的工藝制程并不是越小越好,在我們推進核心芯片自主化研制過程中,絕不能一味追求高端工藝和高性能,而是根據應用需求選擇國內成熟制造工藝,做到量力而行、夠用就好。