工藝節(jié)點(diǎn)，淪為數(shù)字游戲

公眾號(hào)記得加星標(biāo)??，第一時(shí)間看推送不會(huì)錯(cuò)過。

當(dāng)我最初開始設(shè)計(jì)500納米制程的芯片時(shí)，命名規(guī)則仍然基于實(shí)際的物理尺寸。像500納米、350納米、180納米和130納米這樣的數(shù)字不僅僅是市場(chǎng)宣傳的標(biāo)簽；它們大致對(duì)應(yīng)于實(shí)際可制造的最小特征尺寸或柵極長(zhǎng)度。在那個(gè)年代，工藝名稱能夠準(zhǔn)確地告訴你你所工作的“畫布”的物理尺寸。

在此期間，摩爾定律以數(shù)學(xué)般的精確度運(yùn)行。每隔18到24個(gè)月，芯片特征尺寸大約按1/√2 ≈ 0.7倍的比例縮小。這種可預(yù)測(cè)的節(jié)奏意味著每一代芯片的面積都減半，晶體管密度翻倍，從而使工藝節(jié)點(diǎn)數(shù)和芯片物理尺寸保持完美同步。

名稱與尺寸之間的關(guān)聯(lián)在 20 世紀(jì) 90 年代中期，大約在0.25 微米（250 納米）節(jié)點(diǎn)附近開始變得模糊。在 0.35 微米之前，英特爾和其他代工廠幾乎保持著節(jié)點(diǎn)名稱與柵極長(zhǎng)度之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。然而，隨著我們進(jìn)一步向亞微米領(lǐng)域推進(jìn)，光刻技術(shù)的局限性和互連電阻使得尺寸縮放變得更加復(fù)雜。

到了2000年代，半間距（具體來說是接觸柵極間距和金屬間距）成為衡量真正密度縮放的關(guān)鍵指標(biāo)。這種分歧在2010年代中期達(dá)到了臨界點(diǎn)。盡管制程節(jié)點(diǎn)名稱繼續(xù)向下縮小——22nm、16/14nm、10nm、7nm——但柵極間距和金屬間距的物理縮小速度卻顯著放緩。

從7nm 工藝世代開始，節(jié)點(diǎn)名稱正式與物理尺寸分道揚(yáng)鑣。

隨著平面 MOSFET 達(dá)到其物理極限，業(yè)界轉(zhuǎn)向FinFET ，并最終發(fā)展到GAA（環(huán)柵）架構(gòu)。雖然這些 3D 結(jié)構(gòu)極大地提升了性能和靜電控制，但 2D 幾何尺寸的縮小成本卻高得令人難以承受。多重曝光成本飆升，即使引入EUV（極紫外）光刻技術(shù)也無法恢復(fù)以往的物理尺寸縮小速度。

代工廠并沒有采用純粹的幾何尺寸縮減，而是采用了“等效縮放”方法。這種方法側(cè)重于通過以下方式提升功耗、性能和面積 (PPA) ：

• DTCO（設(shè)計(jì)-技術(shù)協(xié)同優(yōu)化）

• 新材料（高介電常數(shù)金屬柵極、鈷/釕互連）

• 創(chuàng)新架構(gòu)（背面供電/BSPDN）

要了解差距有多大，請(qǐng)看當(dāng)今最先進(jìn)工藝的實(shí)際硅測(cè)量結(jié)果。

如圖所示，“3nm”（N3）工藝的實(shí)際接觸柵極間距約為48nm 。“3nm”標(biāo)簽代表的是性能和密度的代際飛躍，而非3納米的物理尺寸。

如果這些數(shù)字不再“真實(shí)”，為什么還要保留它們？原因有二：一是歷史延續(xù)性，二是市場(chǎng)營(yíng)銷。

過去40多年來，芯片制造行業(yè)一直遵循對(duì)數(shù)增長(zhǎng)曲線。通過延續(xù)這一序列（10nm → 7nm → 5nm → 3nm → 2nm ），代工廠得以維持摩爾定律仍在推進(jìn)的說法。這為客戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)化的基準(zhǔn)，也為臺(tái)積電、三星和英特爾這三大巨頭提供了一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

自500納米時(shí)代起我就從事半導(dǎo)體行業(yè)，我清楚地認(rèn)識(shí)到，7納米里程碑之后，“納米”這個(gè)單位已經(jīng)失去了它原本的含義。如今，制程節(jié)點(diǎn)名稱已成為一種品牌標(biāo)識(shí)和代際標(biāo)志。

對(duì)于現(xiàn)代工程師而言，“數(shù)量”已不再重要。真正重要的是其背后的關(guān)鍵指標(biāo)：CPP（每平方毫米晶體管數(shù)量）、金屬間距、MTr/mm2（每平方毫米晶體管數(shù)量，單位為百萬個(gè)）以及SRAM位單元尺寸。隨著我們邁向臺(tái)積電的N2和英特爾的18A ，我們必須牢記，我們購(gòu)買的不僅僅是更小的數(shù)字——我們購(gòu)買的是后硅時(shí)代更高層次的技術(shù)。

（來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察綜合）

*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個(gè)人觀點(diǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對(duì)該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。

今天是《半導(dǎo)體行業(yè)觀察》為您分享的第4402內(nèi)容，歡迎關(guān)注。

加星標(biāo)??第一時(shí)間看推送

求推薦