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    1. 北京金環宇電線電纜有限公司
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      芯片制造:14納米技術路線如何演進?

      編輯:北京金環宇電線電纜有限公司  字號:
      摘要:芯片制造:14納米技術路線如何演進?
      據7月23日EETimes報道,ARM與臺積電宣布簽署一項長期合作協議,兩家公司將以ARMv8微處理器為研發對象,探索用FinFET工藝制程技術來研發ARMv8的生產工藝實現方法。根據該協議,兩家公司合作的技術領域將涵蓋20nm以下工藝技術節點。據報道,臺積電將在2013年底實現 20nm技術節點的量產,并在2015年新建的生產線上實現16nm工藝量產。

      FinFET工藝邁向批量生產階段

      臺積電與ARM進行的FinFET工藝優化合作,表明其已向FinFET工藝的批量生產階段過渡。

      芯片

      ARMv8是ARM公司的首個64位IP核,之前ARM為用戶提供的IP核都是用平面CMOS的成熟工藝來設計的,似乎不需要對生產工藝有太多關注,只需在電腦上按照既定流程進行仿真,通過后就可以交付給芯片制造廠家進行生產了。但在20nm以下的技術還需要摸索,電腦中芯片設計軟件的工藝參數需要與制造廠家的工藝生產線之間反復驗證才能被確定下來,在這一探索過程中,需要芯片設計廠商與制造商兩方面密切合作,反復驗證,最終才能使設計軟件的計算機仿真結果與芯片生產線上的新工藝達到一致,從而才能確保投片生產時的成品率要求。而這次兩家公司的合作,就是根據各自發展需要而做出的必然選擇。

      隨著Intel前不久宣布用“三柵(TriGate)架構”的3D 晶體管工藝成功生產出最小線寬22nm的IvyBridge處理器,開始向市場批量供貨,證明采用3D晶體管工藝可以大幅度提高芯片性能、降低芯片功耗后,全球各主要半導體公司目前均已將下一步的發展鎖定到了立體半導體制造工藝方面,其中 FinFET工藝就是目前多數公司打算采用的技術途徑之一。另一種可實現14納米以下線寬生產芯片的工藝方法是FDSOI晶體管技術,這是一種基于目前平面CMOS芯片制造工藝的順勢延伸,IBM、Globalfoundries、臺積電、聯電(UMC)等公司同時也正在研究這種工藝技術。據報道,除上述的兩種途徑外,有一家叫Suvolta的公司聯合富士通公司推出第三種晶體管技術方案。

      而臺積電一方面表態在20nm節點加入IBM等陣營合作搞FDSOI的平面工藝技術研發,另一方面又在過去數年間大力進行FinFET立體結構工藝制程技術的研發,此次與ARM進行的FinFET工藝優化合作,表明其已經完成了FinFET工藝的單項研發,開始向FinFET工藝的批量生產階段過渡。以ARMv8核為對象,進行量產階段的工藝優化,以求達到完善。

      兩種技術將并存

      FinFET和UTB-SOI均會有用武之地。除非UTB-SOI性能優異,否則將無法擊敗FinFET技術。

      臺積電的FinFET工藝與Intel前不久宣布的三柵架構3D晶體管工藝有什么不同?其間會否有知識產權等方面的糾結?對今后半導體制造工藝進一步發展路線有何種影響?據有關資料,其實兩者或者包括三星等眾多公司目前所宣布的FinFET工藝在本質上和理論模型上是一回事情,只不過各家都在探索,實現的具體細節會有所不同擺了,出于商業保密需要,估計各自都不會公布自己的“絕招”和細節的。

      據有關資料報道,目前業界中正在探索的兩種 14nm制造工藝FinFET和FDSOI晶體管技術工藝,這些技術方案的源頭均來自臺灣學者胡正明教授在1999年的一項半導體工藝研究成果。該項研究結果顯示有兩種途徑可以實現25nm工藝目標:一種是立體型結構的FinFET晶體管,另一種是基于SOI超薄絕緣層硅體技術(UTB-SOI,也就是我們常說的FDSOI晶體管技術)。

      當時的研究結論認為,要想制造出UTB-SOI上很薄的硅膜將會很困難,要讓UTB-SOI正常工作,絕緣層上硅膜的厚度應限制在柵長的1/4左右。對25nm柵長的晶體管而言,胡教授認為UTB-SOI的硅膜厚度應被控制在5nm左右,而在當時覺得這不太可能實現。

      不過,當2009年法國的Soitec公司開始推出300mmUTB-SOI的晶圓樣品,這些晶圓的頂層硅膜原始厚度只有12nm,然后再經處理去掉頂部的7nm厚度硅膜,最后便可得到5nm厚度的硅膜后,這便為UTB-SOI技術的實用化鋪平了道路。UTB-SOI在研發復雜性上似乎更有優勢,因為 UTB-SOI仍可采用目前傳統的平面型晶體管工藝技術實現,而FinFET則是立體晶體管技術,需要改變的方面將會多些。

      胡教授認為,UTB-SOI將來會有市場,因為這種技術的復雜程度要低于FinFET,芯片制造公司只需要買來UTB-SOI晶圓即可。對頻率要求較低的低功耗型應用,UTB-SOI技術將是有吸引力的選擇。FinFET和UTB-SOI技術是可以并存的。Intel采用FinFET技術,是由于這種技術可以讓微處理器的性能相對更強。臺積會首先采用FinFET技術,畢竟他們在此方面已經進行了多年的大量的研發投入,而且臺積電積累有大量FinFET適用的高性能應用成果。

      臺積電公司會在14nm節點開始采用FinFET技術,同時也會為低功耗產品的用戶推出應用了UTB-SOI技術的制程工藝服務。而聯電公司將會減輕對FinFET技術的投資力度,并直接轉向UTB-SOI技術,目前已經與IBM公司簽訂了UTB-SOI技術許可協議,打算沿著 UTB-SOI技術方向往下走。

      目前業界中多數人士認為,對下一代半導體芯片產品而言,FinFET和UTB-SOI均會有自己的用武之地。不過除非UTB-SOI可以達到較高的性能表現,否則將無法擊敗FinFET技術。對許多芯片制造公司而言,仍可找到適用于UTB-SOI技術的許多應用。所以這兩種技術都有可能實現并擁有各自的市場,而且在未來一段很長時間內,兩種技術會長期并存,給芯片設計人員以可選擇的余地。
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