卡位10纳米制程 台积电、汉辰积极部署抢商机

[导读] 台积电与汉辰皆已针对未来可望取代硅的锗和三五族元素,分别投入发展新的晶圆制程,以及离子布植(Ion Implant)设备,期能在下一个半导体世代中,继续站稳市场。


台积电与汉辰正积极研发新制程与设备技术。由于半导体进入10纳米制程世代后,电晶体的微缩将面临物理极限,亟需新的材料、制程与设备加以克服;因此台积电与汉辰皆已针对未来可望取代硅的锗和三五族元素,分别投入发展新的晶圆制程,以及离子布植(Ion Implant)设备,期能在下一个半导体世代中,继续站稳市场。

工研院IEK系统IC与制程研究员萧凯木表示,10纳米以下先进制程发展正面临材料与设备革新的双重问题。尽管多数业者均看好锗或三五族元素可有效改善电晶体通道的电子和电洞迁移率,然而新材料却也引发更复杂的半导体掺杂(Doping)技术、工具需求,因而带动英特尔(Intel)、IBM、台积电,以及半导体设备厂加紧研究新制程与设备。

工研院IEK系统IC与制程研究员萧凯木提到,半导体材料革新的发展愈来愈明朗,可望为台湾半导体业者带来新的获利契机。

其中,台积电近来积极卡位,不仅已加入由国家实验研究院主导的纳米元件创新产学联盟,扩大10纳米以下制程技术的产学合作;更密集部署高介电係数的晶圆闸极氧化层材料,期在电晶体线宽微缩及通道材料换新后,同步提升闸极控制能力,降低晶片整体耗电量。

萧凯木更强调,随着10纳米制程导入新材料,并转向鳍式电晶体(FinFET)的立体结构,晶圆制程顺序也将大幅改变,因此台积电目前也已开始研拟新的晶圆生产流程。

此外,锗和三五族元素能隙较小,虽可提升电晶体的电子移动速度与能源效率,但相对也造成较差的阻断状态(Off-state)效能,容易导致漏电流情形。对此,萧凯木指出,未来半导体业者须改良掺杂制程,取得新材料比例平衡点,才能真正体现其应用价值。现阶段,汉辰正全速开发10纳米以下制程的离子布植设备,可望搭配新材料达成电晶体源极、汲极与通道最佳化设计。

不过,萧凯木认为,10纳米以下制程仍需要好几年的时间发展,对半导体设备商、晶圆及封测厂而言,今年能否顺利推动三维芯片(3D IC)商用才是刺激营收成长的关键。

由于3D IC须导入晶圆硅穿孔(TSV)、堆叠制程,以及新的立体结构封测方法,因此台积电近来持续扩充旗下CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)制程的封测技术和合作伙伴,以加速布建3D IC一条龙生产线;此外,设备厂科磊(KLA-Tencor)也从2012下半年开始,就积极在国际研讨会或展会中提出新的晶圆缺陷检测概念。


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