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半导体制造行业报告:半导体制程发展,从um级制造到nm级制造(61页)

行业报告下载 2020-07-07 1 管理员

不管是逻辑芯片还是存储芯片,制程量级越低,技术难度越大,制作成本也越高。IBS 的 数据显示:28nm 体硅器件的设计成本大致在 5130 万美元左右,而 7nm 芯片需要 2.98 亿, 5nm 则需要 5.42 亿美元,成本的增长速度越来越快。28nm 是半导体制程里性价比最高、长周期属性明显的制程。一方面,相较于 40nm 及更 早期制程,28nm 工艺在频率调节、功耗控制、散热管理和尺寸压缩方面具有明显优势。 另一方面,由于 16nm/14nm 及更先进制程采用 FinFET 技术,维持高参数良率以及低缺陷 密度难度加大,每个逻辑闸的成本都高于 28nm,从前面制程成本比较的图中也可以看出, 先进制程每一代成本都加速上升。随着成本不断上升,只有少数客户能够负担得起转向高 级节点的费用。

28nm 工艺处于 32nm 和 22nm 之间,业界在 45nm 阶段引入了 high-k 值绝缘层/金属栅极 (HKMG)工艺,在 32nm 处引入了第二代 high-k 绝缘层/金属栅工艺,这些为 28nm 的 逐步成熟打下了基础。而在之后的先进工艺方面,从 22nm 开始采用 FinFET(鳍式场效应 晶体管)等。28nm 正好处于制程过渡的关键点上,使其性价比高。 28nm 制程主要有 HKMG 工艺(金属栅极+高介电常数绝缘层 High-k 栅结构)和 poly/SiON 工艺(多晶硅栅+氮氧化碳绝缘层的栅极结构)。与传统的 Poly/SiON 工艺相比, HKMG 技术可以有效的改善驱动能力,进而提高晶体管的性能,同时大幅降低低栅极漏电 量。Poly/SiON 工艺的特点是成本低,工艺简单,适合对性能要求不高的手机和移动设备。 HKMG 的优点是大幅减小漏电流,降低晶体管的关键尺寸从而提升性能,但是工艺相对复 杂,成本与 Poly/SiON 工艺相比较高。

目前,虽然高端市场被 7nm、10nm 以及 14nm/16nm 工艺占据,但 40nm、28nm 等并 不会退出。 28nm~16nm 工艺现在仍然是台积电的营收主力,中芯国际则在持续提高 28nm 良率。 在下游需求方面,IoT/穿戴装置与面板驱动 IC 需求看涨。一方面,IoT 芯片功能大多以数 据收集为主,功能单纯且需维持长时间使用并兼顾低价高量,因此多半集中在 28nm 以上 的节点制造。

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