La fonderie de puces lutte contre le processus de fabrication avancé, pourquoi TSMC 2nm ouvre la voie?

Récemment, il a été signalé que TSMC a fait une percée majeure dans la recherche et le développement de processus avancés de 2 nm et a réussi à trouver une voie pour couper dans la technologie de porte tout autour (GAA).

La poursuite de processus de fabrication plus avancés utilisant des processus matures et caractéristiques a toujours été la direction des fabricants de puces tels que TSMC et Samsung. Auparavant, Samsung avait déclaré qu'il serait le premier à introduire la technologie GAA à 3 nm, exprimant son ambition d'atteindre la position de leader de la fonderie de puces mondiale. Cette fois, TSMC a fait une percée majeure dans la recherche et le développement du procédé 2 nm, mettant en évidence ses solides capacités de recherche et développement et intensifiant la concurrence entre les deux grands géants de la fonderie de puces.

TSMC et Samsung se disputent un processus plus avancé

Après la naissance de la loi de Moore, la taille des puces est devenue de plus en plus petite et les entreprises ont continué d'explorer de nouveaux processus et matériaux pour développer des produits semi-conducteurs et améliorer les performances. Mo Dakang, un expert de l'industrie des semi-conducteurs, a déclaré au journaliste de China Electronics News que la principale voie de développement actuelle de l'industrie des semi-conducteurs est la réduction continue de la taille. La réduction de taille peut entraîner une augmentation de l'intégration, améliorer les performances du produit et réduire le coût du produit.

TSMC et Samsung sont des leaders dans le domaine de la fonderie de puces. Selon les données de TrendForce, au deuxième trimestre de cette année, TSMC a pris une part de 51,5% dans la fonderie de puces, au premier rang, suivi de Samsung avec une part d'environ 19%. Jin Cunzhong, secrétaire général de la China Electronic Special Equipment Association, a souligné que TSMC devançait Samsung dans le calendrier de production de masse de 7 nanomètres. À cet égard, Zhou Peng, doyen adjoint de la School of Microelectronics de l'Université de Fudan, a donné des informations plus précises: TSMC a annoncé la production de masse du procédé 7 nanomètres dès avril 2018 et a obtenu l'approbation d'Apple, Huawei HiSilicon, AMD, Qualcomm et autres clients. Un grand nombre de commandes de 7 nm. Samsung a annoncé la production de masse de son procédé 7 nanomètres en octobre 2018, et le décalage dans le calendrier a entraîné la perte d'un grand nombre de commandes clients.

Dans le domaine des processus avancés, TSMC et Samsung continuent de "rivaliser". Prenant l'exemple du processus 5 nm, TSMC a remporté toutes les commandes pour les quatre nouveaux processeurs iPhone qu'Apple lancera au second semestre de cette année. Jin Cunzhong a déclaré aux journalistes que TSMC devrait atteindre une production de masse à 5 nm cette année, mais Samsung n'est pas en mesure de le faire. Voyant que TSMC a remporté un grand nombre de commandes de 5 nm, Samsung ne doit vraiment pas être laissé pour compte. Il a annoncé qu'il transformerait la base de puces de processus précédente de 7 nm en base de production de processus de 5 nm pour fournir des services de fonderie de puces à des fabricants tiers et essayer de «précipiter» 5 nm. Manière de rattraper TSMC. Il est rapporté que Samsung a obtenu certaines commandes de fonderie de puces Qualcomm 5G et utilisera le processus 5 nm pour produire des puces.

Dans la compétition pour des processus de fabrication plus avancés, TSMC et Samsung "me poursuivent". Zhou Peng a expliqué que Samsung avait investi beaucoup d'argent dans la recherche et le développement de processus plus avancés. Dans le même temps, il a également ajusté la feuille de route du processus des puces. Il sautera le processus 4 nm et passera directement de 5 nm à 3 nm, et dans le processus 3 nm. Le premier à annoncer qu'il utilisera la technologie GAA. Samsung a également fabriqué des MBCFET (transistors à effet de champ à canaux multiples) basés sur des nanofeuilles, qui peuvent améliorer considérablement les performances des transistors pour remplacer la technologie des transistors FinFET.

Mo Dakang a déclaré aux journalistes que bien que TSMC soit en retard sur Samsung dans le calendrier de développement de l'architecture GAA, TSMC prévoit d'adopter la technologie FinFET dans le processus de 3 nm, réduisant les changements dans les outils de production pour maintenir sa structure de coûts et réduire les clients. Modifications de conception pour réduire ses coûts de production, ou produira de meilleurs résultats. Zhou Peng a déclaré que TSMC avait commencé à planifier le processus de 3 nanomètres il y a de nombreuses années et prévoyait d'atteindre une production de masse en 2021. Au nœud suivant, 2 nm, TSMC semble avoir une longueur d'avance. Cette fois, ils ont fait une percée majeure dans la recherche et le développement de procédés 2 nm avancés. Il est rapporté que TSMC a annoncé qu'elle construirait une usine dans le Southern Science and Technology Park à Taiwan, en Chine, et commencerait la recherche et le développement du processus de 2 nanomètres. Et Samsung a rarement divulgué des nouvelles sur le développement du processus 2nm.

Pourquoi TSMC peut-il "prendre les devants" dans des processus de fabrication plus avancés?

Sous le «bâton» de la loi de Moore, la concurrence pour des procédés de fabrication plus avancés en fonderie est devenue plus intense. Zhou Peng a déclaré aux journalistes qu'en termes de processus de fabrication avancés, les trois grands géants de la fonderie de puces TSMC, Samsung et Intel sont dans le premier camp. Intel prévoit de lancer 7 nanomètres (équivalent à 5 nanomètres) en 2021, mais il reste fidèle au nœud de 10 nanomètres et espère rendre les 10 nanomètres «extrêmes». Par conséquent, seul TSMC reste sur le champ de bataille pour les 7 nœuds de processus et en dessous. Et Samsung présente un modèle de concurrence oligarchique absolu. Cette fois, TSMC a fait une percée majeure dans la recherche et le développement de processus avancés de 2 nm, ce qui signifie que TSMC occupe temporairement une position de leader dans les processus plus avancés. Alors, pourquoi TSMC peut-il prendre la tête de processus de fabrication plus avancés?

Selon Mo Dakang, en fait, TSMC n'est pas "une personne qui se bat". TSMC peut "avancer" des percées dans la technologie 2 nm, grâce au soutien d'un grand groupe derrière elle. Il est rapporté que TSMC a toujours souligné qu'elle maintiendra toujours une attitude neutre tout en faisant des OEM, ne rivalisera pas avec les clients pour les commandes et peut vraiment mettre les intérêts des clients au premier plan. Par conséquent, TSMC a pu établir de bonnes relations avec les clients depuis longtemps, faisant du nombre de groupes de clients (Apple, Xilinx, Nvidia, etc.) qui n'ont aucun conflit d'intérêt avec TSMC un très grand nombre. Une fois que la puce est entrée dans le processus 3 nm, de nombreuses technologies existantes sont difficiles à répondre à la demande. TSMC en tant que fonderie ne fait pas exception. Il doit être abordé de manière globale sous les aspects de l'architecture des appareils, de la variation des processus, des effets thermiques, des équipements et des matériaux. Cependant, comme TSMC a une large base de clients derrière elle, il peut travailler avec TSMC pour améliorer les rendements des processus et réduire les coûts pour accélérer la production de masse. C'est également la clé de la «frappe préventive» de TSMC dans le domaine des 2 nm.

Zhou Peng a souligné que les avantages de TSMC dans la technologie FinFET ont grandement aidé la R&D de TSMC dans le processus de fabrication avancé de 2 nm, lui permettant de prendre les devants. "Alors que le nœud de processus se développe à 3 nm, le canal du transistor est encore raccourci et la structure FinFET rencontre la limitation de l'effet tunnel tunnel quantique. GAA-FET est équivalent à une version améliorée de FinFET. La grille du FinFET enveloppe les 3 côtés du canal et est contrôlé par le FinFET. Le mécanisme du courant de fuite de la porte est similaire. La technologie GAA enveloppe les quatre côtés du canal pour améliorer encore la capacité de la porte à contrôler le courant du canal. TSMC a une base profonde dans le domaine des FinFET la technologie, et ces technologies ont accumulé que TSMC a développé avec succès un FinFET 3 nm Le passage de la technologie à la technologie GAA 2 nm a joué un rôle important dans la promotion, raccourcissant considérablement le cycle d'itération de la mise à jour de la technologie de processus avancée de TSMC. " Zhou Peng a déclaré aux journalistes.

Dans le même temps, TSMC est également prêt pour le support des équipements. Zhou Peng a déclaré que TSMC a commandé de grandes quantités d'équipement de lithographie ultraviolette extrême (EUV) ASML afin de réaliser le processus avancé de 2 nm. Cependant, Zhou Peng a également souligné que la précision de la technologie de photolithographie détermine directement la précision du processus. Pour le processus avancé de 2 nanomètres, la technologie EUV à grande ouverture numérique doit être développée de toute urgence. L'optimisation des sources lumineuses et des outils de masquage, ainsi que le rendement et la précision des EUV C'est un facteur important pour réaliser des percées dans les technologies de processus plus avancées.

TSMC franchit ou stimule les mises à niveau technologiques d'autres fabricants

Des percées technologiques majeures dans des processus de fabrication plus avancés affecteront l'ensemble de l'industrie des circuits intégrés et la structure du marché. Zhou Peng a déclaré que bien que l'évaluation de la technologie des processus doive être considérée sous plusieurs dimensions telles que la densité réelle des transistors, les performances et la consommation d'énergie, l'introduction des principales technologies de processus avancées est d'une grande importance pour l'industrie des circuits intégrés et la structure du marché. "Dans le processus de recherche et développement de processus de fabrication avancés, le coût d'investissement pour chaque ligne de production technologique dépasse des dizaines de milliards de dollars. Des coûts de R&D et de production plus élevés correspondent à des défis techniques plus difficiles. Chaque fois que le processus approche des limites physiques, de la structure du transistor, L'innovation et la synergie de la lithographie, du dépôt, de la gravure, de l'intégration, de l'emballage et d'autres technologies peuvent jouer un rôle décisif dans la percée du plafond de performance des puces. " Zhou Peng a déclaré aux journalistes.

Zhou Peng a également déclaré aux journalistes que la recherche sur les nœuds de processus avancés est cruciale pour le développement des fonderies et de l'ensemble de l'industrie des semi-conducteurs, et que le retard dans la recherche et le développement sera dépassé ou même remplacé par les processus avancés d'autres fabricants. Sur cette base, Zhou Peng estime que la percée technologique de TSMC dans le processus 2 nm stimulera le développement de produits et la mise à niveau technologique de grandes sociétés telles que Samsung et Intel dans le domaine des processus avancés.

Zhou Peng a prédit que comme le processus de 3 nanomètres de TSMC est prévu pour une production de masse en 2021, son lancement de 2 nanomètres pourrait se situer entre 2023 et 2024. Donc, si TSMC lance avec succès le processus de 2 nm, cela changera-t-il la structure du marché de la fonderie en l'avenir? Zhou Peng a déclaré que le premier lancement du processus 2 nm augmentera sûrement la part de TSMC sur le marché des processus avancés et pourrait même élargir l'écart avec Samsung et Intel. Bien entendu, Samsung et Intel promeuvent également activement la recherche et le développement. La recherche et le développement de la technologie des processus sont pleins de variables, et qui peut enfin mener à l'avenir a besoin d'une observation plus approfondie.

Concernant la concurrence des procédés de fabrication avancés sur le marché de la fonderie, Zhou Peng a déclaré qu'une telle concurrence peut apporter des avantages à l'ensemble de l'industrie des circuits intégrés et aux utilisateurs. "La demande du marché stimule le développement de procédés de fabrication avancés. Peu importe qui sera le chef de file des procédés de fabrication avancés à l'avenir, elle bénéficiera à terme à l'ensemble de l'industrie des circuits intégrés et à tous ceux qui apprécient les produits électroniques haute performance." Zhou Peng a déclaré aux journalistes.