半导体制造：跟随还是超越摩尔定律

　　2011年已经过半，选择在这个时候去谈半导体制程工艺是个不错的时间点，在随后的这个秋天和冬天，半导体产业将面临一次全面的制程工艺大跃进。按照最新消息，Intel的22nm和意法半导体(STMicroelectronics)、台积电(TSMC)的28nm工艺都应该在今年余下的几个月里量产，而三星、台联电(UMC)和GF(Global Foundries)的28nm应该不会晚于明年2季度。

　　IDM(独立设计制造企业)与Foundry(代工企业)这么密集地更新制程，既是巧合也是必然。按照Intel的Tick-Tock(工艺年-构架年)发展模式，单数年更新工艺制程，22nm是其下一个工艺节点。而对于其他选择28nm的晶圆厂来说，因为技术研发的难度加大，28nm工艺直到今年才达到相当标准的良率，众多晶圆厂才敢于公开宣布量产。

　　在这个半导体制程工艺即将面临更新换代之际，我们不妨从设计、制造和代工不同角度审视一下，迎接全新工艺的半导体企业的应对策略。

　　新工艺新优势

　　新制程一直是半导体工业发展的标尺，而为产品带来全新竞争力则是企业倾注心血钻研新技术最大的驱动力。每一代的工艺进步给半导体产品带来的性能和功耗提升是明显的。高效能、低耗电及更微小尺寸是半导体技术的三大发展趋势，随着便携电子产品成为市场主流，几乎所有集成电路的尺寸均朝更微小化发展。在同样尺寸的硅片上，新制程让制造商能够增加更多的功能，提高芯片的运行速度，或者降低功能成本。采用28nm先进技术所带来的主要好处是能满足客户对高效能、低耗电、微小化的市场需求。

　　作为除了Intel之外唯一坚持工艺研发的通用芯片IDM，意法半导体高级执行副总裁兼首席技术官Jean-Marc Chery谈及制程进步表示，在消费电子市场上，机顶盒芯片(解码器)、网关和3D(HD)TV是制程从 40 nm技术节点向32/28 nm节点升级的受益者，这些新制程可把芯片的处理性能提高30%左右，而功耗没有任何增加。此外，更小的特征尺寸让制造商能够在每颗芯片上集成更多的处理单元，从而提高计算能力和处理性能，例如，给用户带来出色的高清3D TV体验。在网络系统芯片方面，消费者将获得数据速率达到14-25G bit/s的产品，数据传输速率比上一代技术节点的10-14G bit/s高出许多。

　　关于新工艺带来的优势，TSMC中国区总经理陈家湘介绍，28HP制程最先采用先进的高介电层/金属闸(HKMG)技术，相较于40nm制程，此项制程在相同漏电基础上速度增快约25%，而在相同速度基础上漏电亦可降低约50%。目前28nm制程区分为Gate-First(栅极最先)以及Gate-Last(栅极最后)二种方式。由于Gate-Last技术具有同时兼顾P-type及N-type晶体管临界电压(Vt)调整的最佳优势，TSMC已宣布在高效能及低耗电制程，为客户采用Gate-Last技术。另一方面，TSMC在业界的领导地位奠基于“先进技术、卓越制造、客户伙伴关系”三位一体的差异化竞争优势。2010年，TSMC已为客户的28nm可编程逻辑门阵列(FPGA)提供了先进的硅穿孔(Through Silicon Via)以及硅中介层(Silicon Interposer)的芯片验证(prototyping) 服务。藉由自身研发的硅穿孔通道(TSV)及与集成电路制造服务业者兼容的晶圆级封装技术，TSMC承诺与客户紧密合作开发符合成本效益的三维集成电路系统整合方案。

　　赛灵思的全新FPGA就是基于TSV技术的28nm新产品，该公司亚太区销售及市场总监张宇清坦言得益于28nm工艺技术，赛灵思推出了统一架构，将整体功耗降低一半且具有业界最高容量(200万逻辑单元)的7系列FPGA产品，不仅能实现出色的生产率，解决 ASIC 和 ASSP 等其他方法开发成本过高、过于复杂且不够灵活的问题，使 FPGA 平台能够满足日益多样化的设计群体的需求。在 28 nm工艺节点上，静态功耗是器件总功耗的重要组成部分，有时甚至是决定性的因素。由于提高可用系统性能和功能的关键在于控制功耗，因此为了实现最高功效，首先必须选用适合的工艺技术。赛灵思选择了HKMG高性能低功耗工艺技术，以使新一代 FPGA 能最大限度地降低静态功耗，确保发挥 28 nm技术所带来的最佳性能和功能优势。与标准的高性能工艺技术相比，高性能低功耗工艺技术使得 FPGA 的静态功耗降低了 50%，总功耗也减少 50%。同时，新一代开发工具通过创新时钟管理技术可将动态功耗降低 20%，此外，通过部分重配置技术的增强，帮助设计人员进一步降低功耗并减少系统成本33%。