臺(tái)積電副總經(jīng)理蔣尚義：微縮化與大口徑我們都要領(lǐng)先

目前，在代工業(yè)界具有壓倒優(yōu)勢(shì)的是臺(tái)灣臺(tái)積電。臺(tái)積電2009年的銷(xiāo)售額約達(dá)90億美元，占了約一半的市場(chǎng)份額，把第二位以后的企業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。該公司2010年宣布將進(jìn)行有史以來(lái)最大的設(shè)備投資，明顯地要進(jìn)一步擴(kuò)大其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。就支持這項(xiàng)投資的技術(shù)策略，我們采訪了該公司研發(fā)部門(mén)的負(fù)責(zé)人蔣尚義副總。 （記者：大石基之 大下淳一 河合基伸 佐伯真也 小島郁太郎）

曾在美國(guó)德州儀器公司與惠普公司工作，1997年到臺(tái)積電擔(dān)任研究與發(fā)展副總經(jīng)理；2006年辭職，但于2009年重回該公司擔(dān)任現(xiàn)職至今。（攝影 山田慎二）問(wèn)：貴公司計(jì)劃2010年要進(jìn)行48億美元的設(shè)備投資。為什么要決定進(jìn)行如此大規(guī)模的投資？
答：是由于市場(chǎng)對(duì)以65～40nm工藝等尖端技術(shù)的需求極其強(qiáng)烈。需求急劇高漲，令我們感到吃驚。為了滿(mǎn)足這種需求，我們判斷有必要大規(guī)模投資。
過(guò)去有一個(gè)時(shí)期曾預(yù)測(cè)，隨技術(shù)的進(jìn)步，因設(shè)計(jì)和掩模的成本會(huì)不斷上升，尖端邏輯電路LSI的設(shè)計(jì)件數(shù)會(huì)逐漸減少。但從晶圓片數(shù)的角度看，顧客對(duì)尖端技術(shù)產(chǎn)品的垂詢(xún)實(shí)際上在持續(xù)上升。從事尖端邏輯LSI生產(chǎn)的客戶(hù)數(shù)量確實(shí)有所減少，但所生產(chǎn)的晶圓總量卻并未減少。
問(wèn)：貴公司在2010年第二季成為第一個(gè)量產(chǎn)28nm產(chǎn)品的半導(dǎo)體代工企業(yè)。已有20家以上的客戶(hù)，并獲得了來(lái)自大型FPGA供應(yīng)商美國(guó)Altera公司與美國(guó)賽靈思（Xilinx）公司的訂單。
答：我們很高興獲得來(lái)自Xilinx的訂單，它此前是我們競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的客戶(hù)。像Xilinx和Altera這樣與率先導(dǎo)入最尖端技術(shù)的半導(dǎo)體制造廠商合作，可使得技術(shù)開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)得以盡早開(kāi)始，因而具有重大意義。這會(huì)加強(qiáng)晶圓代工業(yè)務(wù)的優(yōu)勢(shì)地位。此次，我們向Xilinx提供了使用高介電金屬柵極的低功耗版工藝技術(shù)。
問(wèn)：高介電金屬柵極技術(shù)采用后柵極制造法，是因?yàn)樗窃贏tom核的基礎(chǔ)SoC的制造上與貴公司有合作關(guān)系的英特爾的量產(chǎn)方式嗎？答：我們與英特爾沒(méi)有合作關(guān)系。選擇這種方法完全出于技術(shù)上的考量。
我們當(dāng)初曾開(kāi)發(fā)了前柵極高介電金屬柵極（gate-first high-k/metal gate）。但發(fā)現(xiàn)在晶體管閾值電壓的控制上碰了壁：因?yàn)楹茈y在nMOS上獲得低閾值電壓。這就是nMOS和pMOS都使用相同的柵極金屬材料的原因。
因此，我們對(duì)閾值電壓控制的自由度予以了高度重視，選擇了nMOS和pMOS可使用不同柵極金屬材料的后柵極方式。雖曾有過(guò)對(duì)制造成本的擔(dān)心，但實(shí)際上成本與前柵極技術(shù)大約相同。
問(wèn)：貴公司競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手GLOBALFOUND-RIES公司和三星的32～28nm芯片都采用前柵極法。
答：目前采用前柵極法的廠商，最早可能在22～20nm工藝時(shí)就將會(huì)轉(zhuǎn)而采用后柵極法。 如上述所提到的，是由于前柵極法難以在pMOS上獲得低閾值電壓，因此難以實(shí)現(xiàn)高速版工藝。要使閾值電壓高，則為提高工作速度的電源電壓就要上升，功耗就會(huì)變大。即使從微細(xì)化的角度看，前柵極法也不利。
pMOS和nMOS需要使用不同的柵極材料這一點(diǎn)，已為過(guò)去的歷史所證明：約20年前，許多廠商探討過(guò)將n型多晶硅柵極（n-type poly-Si gates）同時(shí)用于nMOS和pMOS用的可行性，但結(jié)果還是在nMOS采用n型柵極，而pMOS 采用p型柵極。此次的結(jié)果完全一樣。
問(wèn)：貴公司很快發(fā)布了繼28nm后將量產(chǎn)20nm的計(jì)劃，震驚了半導(dǎo)體業(yè)界。并預(yù)定2012年第三季開(kāi)始生產(chǎn)。請(qǐng)問(wèn)這一代產(chǎn)品的技術(shù)策略為何？
答：除第二代使用高介電金屬柵極之外，還將在第五代采用應(yīng)變硅（strained silicon）與低電阻銅布線等（low-resistance copper metallization）。
關(guān)于光刻，計(jì)劃最初將采用反復(fù)兩次曝光（two exposure passes）的雙圖樣微影技術(shù)（double-patterning lithography）。之后，如果像超紫外線（EUV）與電子束（EB）等曝光技術(shù)足夠成熟，或許會(huì)轉(zhuǎn)而采用其中之一。
從20nm代開(kāi)始，我們還將提供硅通孔（TSV）技術(shù)。
問(wèn)：可與微細(xì)化相提并論的可降低LSI制造成本的另一個(gè)因素是晶圓的大口徑化。貴公司計(jì)劃何時(shí)導(dǎo)入450mm晶圓？
答：約有10年歷史的大口徑化，如果按照過(guò)去的趨勢(shì)，估計(jì)會(huì)在2013～2014年左右過(guò)渡。但是設(shè)備制造廠商擔(dān)心開(kāi)發(fā)費(fèi)用上漲，對(duì)此不抱積極態(tài)度。
我們常常被客戶(hù)逼著降價(jià)。因此，微細(xì)化和晶圓的大口徑化對(duì)我們來(lái)說(shuō)不可或缺。300mm晶圓生產(chǎn)效率的提高已接近頂點(diǎn)，因此過(guò)渡到450mm是必須的。