三星：與7nm制造工藝相比，3nm GAA技術的邏輯面積效率提高了45%以上，功耗降低50%
半導體工藝發(fā)展是一個永恒的話題。從摩爾定律誕生之后，半導體產品技術的發(fā)展、性能的進步和普及速度的快慢，最終幾乎都和工藝相關。沒有好的工藝，半導體產業(yè)幾乎無法快速前行。不過，近期隨著工藝快速進步，技術難度越來越大，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的工藝技術已經無法滿足7nm以下的制程了。好在科學家們通過努力研發(fā)，在FinFET之后，又帶來了全新的GAA工藝，希望延續(xù)現(xiàn)有半導體技術路線的壽命，進一步推進產品向前發(fā)展。
據說三星3nm工藝的良率只有35%，從而嚇跑一大批客戶，包括火龍高通，之前已經嚇跑了缺卡英偉達了。
不過，國內芯片廠也只能羨慕了。沒辦法，3nm工藝現(xiàn)在只有臺積電，和三星才有。也只有它們才能幫別人代工，其它芯片廠沒這個實力。光刻機問題一天不解決，國產芯片就很難騰飛，被技術卡脖子是很無奈的事。
只能說，落后就要挨打，不論放在哪個行業(yè)，都是一樣的。千萬不要相信，對手是仁慈的，是善良的，是無私的。更不要相信，造不如買，造不如租這種夢話。
半導體工藝制程在進入32nm以下的節(jié)點后，每一步都歷盡艱辛。在如此小的尺度上，人們習以為常的傳統(tǒng)物理定律都會逐漸失去效果，量子效應逐漸成為制程前進的攔路虎。為此，科學家和工程師們在過去的數年間發(fā)明了各種各樣的增強技術來對抗繼續(xù)微縮尺度所帶來的不確定性。包括High-K、特種金屬、SOI、FinFET、EUV等技術紛至沓來，終于將半導體工藝的典型尺寸推進至7nm時代、甚至5nm時代。但是如果要進一步向更小尺寸的工藝節(jié)點前行的話，人們又遇到了更多的麻煩。
現(xiàn)有半導體制造的主流工藝往往采用“鰭片晶體管”也就是FinFET技術進行，它成功地延續(xù)了22nm以下數代半導體工藝的發(fā)展。從技術發(fā)展角度來看，平面晶體管在尺寸縮小至22nm后，漏電流控制將變得很困難。這是因為勢壘隧道效應導致了電流泄露。
所謂勢壘隧道效應，是指雖然源極和漏極被絕緣的物體隔開無法導通，但是在絕緣層越來越薄之后，源極和漏極之間的距離也越來越近，最終兩者過于靠近，稍微施加電壓就會使得電子以概率的方式穿透絕緣層到達另外一端，這就帶來了漏電流和功耗問題。解決問題的方法就是FinFET，也就是將漏極和源極“立起來”，柵極再垂直構造，形成了經典的FinFET“鰭片”結構。這種經典的結構不但在很大程度上增厚了絕緣層、解決了平面晶體管的隧道效應，還為柵極帶來了更多有效的接觸面，使得電流阻礙降低，發(fā)熱也隨之下降。
三星電子半導體業(yè)務曾因芯片良率“造假”引發(fā)外界關注。據韓國媒體報道，2月末，三星高管可能在試產階段捏造了其5nm以下工藝的芯片良率，以抬高三星代工業(yè)務的競爭力。隨后，三星啟動了對原本計劃擴大產能和保證良率的資金下落的調查，進一步了解半導體代工廠產量和良率情況。
據當時一位熟悉三星電子內部情況的官員對外透露，“由于晶圓代工廠交付的數量難以滿足代工訂單需求，公司對非內存工藝的良率表示懷疑，事實上基于該良率是可以滿足訂單交付的?！绷碛袠I(yè)內人士透露，在三星為高通生產的驍龍4nm制程芯片中，良品率僅為35%，并且三星自研的4nm制程SoC獵戶座2200的良率更低。以致于高通這樣的VIP客戶都要出走，重新使用臺積電生產驍龍8處理器。
不過從技術上來說，三星現(xiàn)在依然是唯一能緊追臺積電的晶圓代工廠，雖然在7nm、5nm及4nm節(jié)點上落后了一些，但在接下來的3nm節(jié)點三星更激進，要全球首發(fā)GAA晶體管工藝(Gate-all-around)，放棄FinFET晶體管技術，而臺積電的3nm工藝依然會基于FinFET工藝。
三星之前表示，GAA是一種新型的環(huán)繞柵極晶體管，通過使用納米片設備制造出了MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場效應管)，該技術可以顯著增強晶體管性能，主要取代FinFET晶體管技術。
根據三星的說法，與7nm制造工藝相比，3nm GAA技術的邏輯面積效率提高了45%以上，功耗降低了50%，性能提高了約35%，紙面參數上來說卻是要優(yōu)于臺積電3nm FinFET工藝。
GAA 是一種新型的環(huán)繞柵極晶體管，利用 GAA 結構可以實現(xiàn)更好的柵控能力和漏電控制，同時由于生產技術與 FinFET 基本相差無幾，在成本控制上也會有優(yōu)勢，這也是為何三星急于研發(fā) GAA 而幾乎放棄對 FinFET 晶體管工藝進行優(yōu)化。
根據報道，三星已經做好在韓國平澤市的P3工廠開工建設 3nm 晶圓廠的準備，預計今年6、7月份動工，并同時導入設備。按照這個進度，最快明年我們就能看到采用 3nm 工藝的新芯片量產，屆時也將會是三星與臺積電新一輪的正面交鋒，你看好誰呢?
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