與技術(shù)無關(guān) 半導(dǎo)體次世代主流工藝由成本決定

半導(dǎo)體工藝FinFET技術(shù)的路線圖清晰可見，從14納米可直達(dá)7納米工藝節(jié)點。但是在7納米之后的5納米節(jié)點，半導(dǎo)體工藝微縮將面臨最大的挑戰(zhàn)，是能否降低成本，并非技術(shù)。先進(jìn)封測技術(shù)和FD-SOI工藝將有更大的發(fā)揮空間。

 

目前半導(dǎo)體市場上出現(xiàn)FET與3D-IC等技術(shù)不勝枚舉，加上業(yè)界不斷研究取得成果，包括晶圓廠與封測廠等都開始積極鎖定可能的主流技術(shù)，以便提高市場競爭優(yōu)勢。業(yè)界也認(rèn)為最終主流技術(shù)為何，其能否降低成本依舊是決定性關(guān)鍵。

 

據(jù)Semiconductor Engineering網(wǎng)站報導(dǎo)，微縮成本不斷增加為全球供應(yīng)鏈注入一股不確定性。資源不虞匱乏的大廠，預(yù)期會持續(xù)進(jìn)展至少到7納米。

 

之后是否往以更細(xì)微工藝邁進(jìn)，則須視EUV、多重電子束(Multi-e-beam)等微影技術(shù)與定向自組裝技術(shù)(Directed self-assembly)、量子效應(yīng)、新材料與新電晶體架構(gòu)發(fā)展而定。

 

目前傾向持續(xù)推進(jìn)微縮市場的廠商認(rèn)為，應(yīng)不會有10納米出現(xiàn)，而且由于市場大多擔(dān)心芯片廠預(yù)備新節(jié)點耗時過久，因此略過例如20納米等半節(jié)點，該情形甚至也會出現(xiàn)在10納米。

 

Arteris執(zhí)行長Charlie Janac表示，10納米進(jìn)展過快，導(dǎo)致廠商擔(dān)心無法回收成本，而且市場對5納米也持觀望態(tài)度，因為其投資成本將相當(dāng)可觀。因此，7納米會維持一段時間，包括GlobalFoundries副總Subramani Kengeri也認(rèn)為，下一世代為7納米并會持續(xù)一段時間。

 

為服務(wù)器、GPU、手機與現(xiàn)場可程序化閘陣列(FPGA)設(shè)計芯片的廠商，過往都會積極推廣最先進(jìn)工藝，但其余芯片廠則不再跟隨，反而偏好采用包括平面式完全空乏型絕緣層覆硅(Planar FD-SOI)、2.5D與扇出型(fan-out)及3D整合等技術(shù)。

 

eSilicon副總Mike Gianfagna指出，屆時技術(shù)將出現(xiàn)重疊，雖然2.5D出現(xiàn)讓技術(shù)選項增多，但其良率仍是不確定性因素。

 

目前讓企業(yè)愿意投入研發(fā)的新動機也未成形，手機雖會繼續(xù)帶動系統(tǒng)單芯片(SoC)市場成長，但其成長率已放緩，一旦市場成熟，將讓產(chǎn)品出現(xiàn)定價壓力。益華電腦(Cadence)營銷主管指出，成本還是最主要考慮，而且業(yè)界已開始思考從降低電子產(chǎn)品成本著手，特別是降低芯片成本。

 

傳統(tǒng)上，每一代新工藝問世后，市場都必須能出現(xiàn)大量采用才能讓晶圓廠繼續(xù)投資新工藝，但28納米后，由于各家工藝皆不同，代表工具、IP與設(shè)備都需客制化。一旦進(jìn)入16/14納米后，不確定性因素還包括EUV與電子束微影是否問世等，因此更讓廠商不愿投資在半工藝上。

 

另一方面，隨著技術(shù)選項增多，廠商也不再一味朝新工藝邁進(jìn)。例如三星電子(Samsung Electronics)、意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)、法國電子資訊技術(shù)實驗室CEA-Leti與GlobalFoundries都支持FD-SOI技術(shù)。

 

評論認(rèn)為，F(xiàn)D-SOI在16/14納米以后是否仍具競爭力仍有疑問，因為屆時微影技術(shù)為何是關(guān)鍵，至于GlobalFoundries則傾向10納米平面FD-SOI，希望省略雙重曝光及FinFET需要。

 

但eSilicon則持保守態(tài)度，指出FD-SOI出貨量多寡與技術(shù)藍(lán)圖尚未明朗，即使市場有許多選項是好事，但目前FD-SOI并未取代FinFET。不過，市場也有其他避險策略，例如采用2.5D與扇出型(fan-out)，其中臺積電推出InFo已穩(wěn)定獲得采用。

 

另外，海思(Hisilicon)、日月光與邁威爾(Marvell)已開發(fā)商用實作2.5D芯片，華為、IBM與超威(AMD)則負(fù)責(zé)銷售。因此，Arteris認(rèn)為，市場最終將走向3D，讓封裝廠地位更為重要。

 

即便如此，企業(yè)認(rèn)為一旦問題獲得解決后，成本會開始下降，GlobalFoundries便認(rèn)為，2.5D可應(yīng)用市場有3種，包括將大晶粒細(xì)分為小部位來提高良率、設(shè)法將封裝內(nèi)芯片或模組功能最大化以及將芯片細(xì)分成為獨立部位并由中介層連接，目前邁威爾、日月光與Tezzaron則采用第二種技術(shù)。

 

評論指出，不管是環(huán)繞式閘極FET、納米線場效電晶體、2.5D、full 3D-IC、積層型三維積體電路(Monolithic 3D-IC)或扇出等不同技術(shù)，主要晶圓廠都已預(yù)備好準(zhǔn)備采用，包括三星與GlobalFoundries采用FD-SOI，封測廠則瞄準(zhǔn)最先進(jìn)封測技術(shù)。

 

隨著廠商不斷研究精進(jìn)，屆時市場自然會出現(xiàn)新一代技術(shù)，企業(yè)認(rèn)為何者能降低成本，是決定能否勝出的關(guān)鍵因素。