如何看待台积电 2nm 制程研发取得突破，将切入 GAA 技术？第1页

gilluin 网友的相关建议:

这是给摩尔定律续命的必然结果。

给摩尔定律续命的道路上目前有两个阻碍，一是短沟道效应，二是量子隧穿。

全环绕栅(gate-all-around)是FinFET技术的演进，是一种用来抑制短沟道效应的技术。

要理解短沟道效应，先来看看传统MOS管的结构

这是一个nmos管，一般来说除去衬底外有三个电极，源(Source)，漏(Drain)，栅(Gate)。如上图所示，源漏极为n掺杂，其载流子为负电荷的电子，而源漏间硅基衬底为p掺杂，载流子是正电荷的空穴，在栅压为0情况下由于pn结势垒的影响nmos管处于无法导电的关断状态。当在栅极施加正的电压(对于p管相反)值超过一个阈值时，会将足够多的电子吸引到靠近栅极的衬底上，从而形成以电子为多子的导电沟道，此时nmos管处于打开状态，在源漏上的压差可以形成漏极电流。

上面简单的概括了一个管子是怎么样工作的，但是当管子源漏间距离减小，也就是一直提到的晶体管特征尺寸(7nm，5nm之类的)减小以后，原本在长沟道器件中可以忽略的一系列电磁作用变得不可忽略，导致一系列管子特性的恶化，统称为短沟道效应。短沟道效应最大的问题在于管子关不断了。就算栅压为0，在漏极施加的电压同样会形成较大的漏电流，这对大规模集成电路来说是个灾难，因为你光是上电啥也不干，芯片就那边发热。

FinFET和另外一种被称为“绝缘体上的硅”(SOI)技术就是被用于抑制短沟道效应，并成功给摩尔定律续命的技术。这两种技术分别代表两个大的方向，如下图所示，FinFET就是把栅从一面盖着沟道，变成三面围着沟道，加强栅对沟道的控制能力，从而减小短沟道效应。

而SOI则是在沟道下方生长额外的绝缘体层，让沟道自身的特性理想化，从而抑制短沟道效应。目前SOI最新技术可以把晶体管特征尺寸降到22nm。相比FinFET，SOI晶体管的模拟性能要好得多，尤其是在微波毫米波频段上比起FinFET有绝对优势。

上面说到FinFET实际上是增强了栅的控制力，但是到了3nm节点上，短沟道效应又嚣张起来了。而全环绕栅技术是FinFET的演进版本，盗一个三星的广告图，示意了FinFET到全环绕栅的演进，概括来就是:三面不够，四面来凑。

继续给摩尔定律续命现在可以预见面临两个问题。一是继续降低特征尺寸，带来的性能提升可能无法抵消成本提升。全环绕栅技术肉眼可见地提高了工艺难度，带来的成本增加可能会比较恐怖，因此客户可能会越来越少，最后击垮技术发展的可能会是市场(尤其是现在主流工艺早停留在28，40，65甚至90nm节点上，同时需要说明的是，现在先进制程的特征尺寸，可以看成是一个“商标”，不代表实际栅长。)。第二就是目前无法逾越的理论极限，量子隧穿效应带来的漏电流。继续降低特征尺寸，如果在保证控制好短沟道效应的情况下，也是不可行的。1nm工艺节点下硅大概就10个原子，继续降低特征尺寸，硅原子数量变少的直接后果就是势垒越来越低，越来越多的电子可以获得足以跨越势垒的能量，从而形成漏电流。这个效应目前理论上无解，或将最后终结人类在降低晶体管特征尺寸上的所有努力。

maomaobear 网友的相关建议:

1931年，张忠谋生于浙江宁波，其父曾任宁波市鄞县财政局长，其母是宁波清代著名藏书家徐时栋的后人。当年918事变，日本侵华。

1931年-1940年，一家人为避战乱辗转迁徙于南京、广州、重庆、上海、香港，童年时光大部分都在香港度过。

1941年，太平洋战争爆发，日本入侵香港，其父张蔚观携妻带子前往重庆，张忠谋进入重庆南开中学就读。

1949年，新中国成立，18岁的张忠谋进入美国哈佛大学，全校1000多位新生，他是唯一的中国人。

1950年，张忠谋转学到麻省理工学院，专攻机械工程。

1954年，获美国麻省理工学院机械系硕士学位

1955年，24岁的张忠谋就职于波士顿附近的一家电器公司Sylva-nia半导体部门工程师，踏入半导体业。当时，他手握包括希凡尼亚和福特汽车在内的4家公司聘书，心情却很低落。因为从麻省理工学院机械系拿到硕士学位后，他一心想攻读博士，却没有通过资格考试。

1958年，27岁的张忠谋来到德州，进入德州仪器，为德州仪器第一个中国员工。当时德州仪器年营业额不到1亿美元。沉浸在半导体技术研发中的张忠谋常与同事、集成电路(IC)的发明人杰克?基尔比(Jack Kilby)一起喝咖啡、谈研究，目击了集成电路的发明历程。

1964年，获美国斯坦福大学电机系博士学位，并重回德州仪器。

1965年，升任集成电路部门总经理。

1972年，先后就任德州仪器公司副总裁和资深副总裁，是德州仪器的第三号人物，仅次于董事长和总裁。此时德州仪器早已成为世界第一，在全球有6万员工，其中一半归张忠谋管。是最早进入美国大型公司最高管理层的华人。

1985年，张忠谋放下“美国梦”，回到台湾担任工业技术研究院院长。

1987年，55岁的他创立台积电，开创的晶圆代工(foundry)模式。

1998年，台积电用了11年，才在0.18微米制程上勉强赶上IDM，有了足够的竞争力。

2000年起，12寸厂成为新建晶圆厂主流，但一座造价高达25至30亿美元，不仅中小IDM负担不起，大型IDM要投资也常显吃力，台积电开始获得越来越多的重量级客户，台积电开始腾飞。

2007年后，智能手机兴起，苹果和高通、海思的大量订单让台积电不断加速追赶世界领先。

2013年，16nm工艺接近英特尔14nm工艺，开始赶超英特尔

2017年，台积电7nm工艺试产，英特尔10nm推迟，台积电终于成龙，进入无人区。此时，台积电成立30年。

2018年张忠谋退休。

2nm不是天上掉下来的。

没有张忠谋在美国几十年半导体行业的积累，有没有台积电都难说。这是积累。

成立后落后11年，能坚持下来，等到了2000年的腾飞，这是耐心。

台积电的加班比华为更凶，现在世界顶尖，依然没有松懈，这是努力。

qiu-yu-chen-xi-meng 网友的相关建议:

文章还没放出来，就发一部分在这里吧。TSMC N2是否采用GAA还不确定，毕竟官方没有消息。但最近IEDM上imec的keynote可以看出2nm以及未来的大概路线：

IEDM2020 Plenary Session之一由imec的VP Sri Samavedam主持，题目是Future Logic Scaling: Towards Atomic Channels and Deconstructed Chips。

目前引入EUV系统后的，各家虽然标准不同，但工艺已经来到5nm世代，之前Scotten的slides给过各家工艺对比：

7nm世代，TSMC和Samsung的Density是类似的，均与intel 10nm相当，intel的SRAM单元尺寸更大。不过到了5nm工艺，Samsung和TSMC都从DDB切换到SDB，Density再次提升，Samsung 5nm LPE uHD 6T（6*mmp，HP为7.5T）相对于7nm LPP HD 6.75T来说，Density提高到1.33x，同时TSMC还缩减了CPP尤其是MMP的尺寸，N5 HD 6T相对于N7 HD 6T Density进一步提高到1.8x，以及最小的SRAM单元尺寸，EUV层也增加到10至15层。

接下来讨论EUV的路线图：

对于3nm逻辑节点，CPP规划尺寸为44-48nm，MMP则为21-24nm；2nm进一步减小到40-44nm的CPP和18-21nm的MMP，TSMC今年开始从N3试产，到2022年量产。之前人们猜测的TSMC N3的CPP和MPP（41nm，24nm）与imec给的范围基本吻合，Samsung则要略大一些。同时，如果TSMC采用5T做的话，Density将达到惊人的300+MTx/mm2，相对于N5 HD 6T再次提高1.7x，不知道实际效果如何。而N2如果顺利的话，将在2023年开始风险试产，CPP和MMP预计也在imec提出的范围内，但是否坚持FinFET十分存疑，毕竟Jim Keller认为已经达到FinFET极限了。

更进一步，对于1.5nm的CPP和MMP，imec没有给出减小，出于考虑进一步的微缩不再是尺寸而是堆叠的变化来提高Density。

对于工艺器件：

对于3nm展示了一个了5T的FinFET单元，这应该是TSMC N3采用的。而Samsung早宣他们将在3nm引入Gate All Around（GAA），虽然PPT展示的是5 tracks，但是还需要buried power rail (BPR)，因此Samsung 3nm GAA Density应该还是比TSMC N3小。

到2nm工艺，缩小间距需要插入Forksheets，可以实现小于5 tracks。具体到TSMC，是否切换不得而知。

1.5nm的缩小，则把nFET和pFET进行垂直堆叠，实现4 tracks的CFET（complementary FET），同时保持与2nm Nanosheet 5T相同的间距，这样可以节省大量面积。但是也存在很多制造问题，这方面Sri说imec正在进行很多研究。而Intel，TSMC应该也有相关研究。

后续等ISSCC或者TSMC的技术会上看有没有进一步消息。

参考：

IEMD 2020：

lu-yuan-22-93 网友的相关建议:

我差点儿就买票了，临了去了趟豆瓣。

哎！

Wingo.Wang 网友的相关建议:

之前专门写过一篇文章写过IC相关的网站和公众号，很适合这个回答。

以下为文章的原内容：

十佳优秀网站及其公众号：

1、EETOP-易特创新（公众号：eetop-1）

EETOP电子网(ET创芯网）国内知名的半导体行业媒体、半导体论坛、IC论坛、集成电路论坛、电子工程师博客、工程师著名社区(150万会员)，同时也是电子资料免费分享平台！