臺積電成立于1987年，自1994年以來一直舉辦年度技術(shù)研討會，今年是臺積電成立25周年（圣克拉拉會議中心普遍強調(diào)這一點）。臺積電北美總裁兼首席執(zhí)行官Dave Keller表示：“第一屆硅谷研討會的與會者不足100人，而現(xiàn)在，出席人數(shù)已超過2000人?！?/p>

供公司發(fā)展總監(jiān)Cheng-Ming Liu博士介紹了臺積電汽車客戶的獨特需求，特別是在更長的產(chǎn)品生命周期內(nèi)的持續(xù)供應(yīng)。他表示：

“我們對“舊”的工藝流程的承諾是堅定不移的。我們從未關(guān)閉過一家工廠，也從未關(guān)閉過一項工藝技術(shù)?！?/p>

研究與開發(fā)/技術(shù)開發(fā)高級副總裁Y.-J.Mii博士著重介紹了工藝技術(shù)發(fā)展的三個時代，如下圖所示：

在第一階段，Dennard Scaling是指在后續(xù)的工藝節(jié)點中，將FEOL線性光刻尺寸按“s”(s < 1)的比率進(jìn)行微縮，實現(xiàn)電路密度（1 / s^2）的提高（量度為gates / mm^2），下一階段的重點是材料的改進(jìn)，而當(dāng)前階段的重點是設(shè)計—技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化（馬上有更多介紹）。

在隨后的研討會上，集成互連和封裝研發(fā)副總裁DougYu博士介紹了先進(jìn)封裝技術(shù)如何專注于微縮，盡管持續(xù)時間較短。 “十多年來，封裝還提供了再分布層（RDL）和凸點間距光刻的二維改進(jìn)。借助我們今天所描述的多芯片、3D垂直堆疊封裝技術(shù)——特別是臺積電的SoIC產(chǎn)品，我們在電路密度方面取得了巨大的改善。S等于零。或者換句話說，我們實現(xiàn)了無限微縮。（實際上，很容易預(yù)見到產(chǎn)品技術(shù)將開始使用gates / mm^3進(jìn)行度量。）

臺積電先進(jìn)工藝技術(shù)現(xiàn)狀的簡要介紹

（一）N7/N7+（7nm/7nm+）

臺積電在兩年前的研討會上宣布了N7和N7 +工藝節(jié)點。

N7是“基線”的FinFET工藝，而N7+通過引入EUV光刻技術(shù)，為選定的FEOL層提供了更好的電路密度。設(shè)計IP從N7過渡到N7+需要重新部署，以實現(xiàn)1.2倍的邏輯門密度提高。主要亮點包括：

• N7正在投產(chǎn)，2019年預(yù)計將有100多種新的流片（NTO）。
• 關(guān)鍵IP介紹：112Gbps PAM4 SerDes。
• N7+受益于持續(xù)的EUV輸出功率（~280W）和uptime（~85％）的改善。臺積電表示：“雖然我們預(yù)計功率和uptime會進(jìn)一步改善，但這些措施足以推動N7 +容量增長?！?/li>
• 臺積電專注于減少N7的缺陷密度（D0）。根據(jù)臺積電的說法，“在初始產(chǎn)量增加后，D0改進(jìn)斜坡的速度比以前的節(jié)點快?！?/li>
• 臺積電展示了N7芯片尺寸的分裂：移動客戶<100 mm^2，HPC客戶>300 mm^2。
• 據(jù)我所知，臺積電還首次表示他們正專門為“大型芯片”追蹤D0，并報告說與其他N7產(chǎn)品相比，大型設(shè)計相對減少了學(xué)習(xí)。
• N7+將于2009年下半年產(chǎn)量上升，并表現(xiàn)出與N7相當(dāng)?shù)腄0缺陷率。

（二）讓5G成為現(xiàn)實

臺積電邀請高通首席技術(shù)官Jim Thompson介紹了他對N7的看法——這是一次非常有啟發(fā)性的演講：

• “N7是5G的推動者，如我們最新的SnapDragon855版本所示?！?/li>
• “具有256個天線單元的5G MIMO支持64個同步數(shù)字流（simultaneous digital streams），即16個用戶每個用戶在一部電話上接收4個數(shù)據(jù)流?！?/li>
• “天線設(shè)計對于5G來說確實非常關(guān)鍵，可以克服路徑損耗和信號阻塞。人們正在尋求新的、創(chuàng)新的天線實施方案——歸根結(jié)底，這只是數(shù)學(xué)問題，盡管肯定是復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題?！?/li>
• “對于5G的采用率，肯定有很多人持懷疑態(tài)度。然而，5G的傳輸速度比4G快得多。在推出計劃中，只有5家運營商和3臺OEM設(shè)備支持4G，大部分在美國和韓國。目前，有超過20家運營商和20多家OEM設(shè)備專注于5G部署，包括歐洲、中國、日本和東南亞。”
• “此外，不要忽視5G在消費類手機以外的應(yīng)用中的部署，例如無線工廠自動化。與工業(yè)機器人的通信需要高帶寬、低延遲和極高的可用性。考慮一下5G帶來的在無線環(huán)境下制造靈活性的機會?！?/li>

（三）N6（6nm）

臺積電推出了一款新節(jié)點產(chǎn)品，名為N6。此節(jié)點具有一些非常獨特的特性：

• 與N7兼容的設(shè)計規(guī)則（例如，57 mm M1 pitch，與N7相同）
• 與N7兼容的IP模型
• 為有限的FEOL層提供EUV光刻，“比N7+多1個EUV層，充分利用了N7+和N5的學(xué)習(xí)經(jīng)驗”
• 更嚴(yán)格的工藝控制，比N7更快的cycle time
• 同樣的EDA參考流程、填充算法等，與N7相同
• N7設(shè)計可以簡單地“重新流片”（re-tapeout，RTO）到N6，以提高EUV掩模光刻的產(chǎn)量
• 或者，N7設(shè)計可以通過使用N6標(biāo)準(zhǔn)單元庫（H240）重新部署邏輯塊來提交新的流片（NTO），該庫利用單元之間的“公共PODE”（CPODE）設(shè)備將邏輯塊密度提高~18%。
• 2020年第一季度開始風(fēng)險生產(chǎn)（圖示為13級金屬互連堆棧）
• 盡管設(shè)計規(guī)則與N7兼容，但N6還引入了一個非常獨特的功能“M0路由”。

下圖說明了“典型”FinFET器件layout，其中M0僅用作局部互連，用于連接multi-fin器件的源極或漏極節(jié)點，并在單元內(nèi)用于連接通用nFET和pFET原理圖節(jié)點。

我需要更多地思考使用M0作為路由層的機會，臺積電表示EDA路由器對此功能的支持仍然是合格的。

在我看來，N6是臺積電引入“半節(jié)點”流程路線圖的延續(xù)，如下圖所示。

半節(jié)點工藝既是工程驅(qū)動的決策，也是業(yè)務(wù)驅(qū)動的決策，目的是提供低風(fēng)險的設(shè)計遷移路徑，為現(xiàn)有N7設(shè)計提供一個降低成本的選項，作為一個“mid-life kicker”。

N6的引入也凸顯了一個問題，這個問題將變得越來越棘手。集成外部IP的設(shè)計的遷移取決于IP提供商的工程和財政資源，以便按照適當(dāng)?shù)臅r間表在新節(jié)點上開發(fā)、發(fā)布（在測試站點上）、表征IP并對其進(jìn)行鑒定。N6提供了在不受外部IP釋放約束的情況下引入kicker的機會。

（四）N5（5nm）

工藝節(jié)點N5合并了額外的EUV光刻，以減少需要大量多重曝光處理的圖層的掩模數(shù)。

• 風(fēng)險生產(chǎn)于19年3月開始，高產(chǎn)量增長將在2020年第二季度臺南Gigafab 18完成（19年3月完成的第1階段設(shè)備安裝）
• 旨在同時支持移動和高性能計算“平臺”客戶；高性能應(yīng)用程序?qū)⑾Ｍ褂眯碌摹俺蚔t”（ELVT）器件
• 1.5V或1.2V I / O器件支持
• 計劃提供N5P(“PLUS”)產(chǎn)品，在恒定功率下可提高+7%的性能，或在恒定perf 下比N5降低約15%的功率（N5后一年）
• N5將使用高移動性（Ge）器件溝道

先進(jìn)材料工程

除了N5推出高移動性溝道外，臺積電還強調(diào)了其他材料和器件工程更新：

• 超高密度MIM產(chǎn)品（N5），具有2X ff/um*2和2X插入密度
• 新型低K介電材料
• 金屬反應(yīng)離子蝕刻（RIE），取代 Cu damascene，實現(xiàn)金屬間距<30um
• 石墨烯“cap”，降低Cu互連電阻率

改進(jìn)的局部MIM電容將有助于解決由于較高的柵極密度而增加的電流。臺積電指出，高性能（高開關(guān)活動）設(shè)計可實現(xiàn)預(yù)期的個位數(shù)性能提升。

節(jié)點16FFC和12FFC都得到了器件工程改進(jìn)：

• 16FFC+ ：與16FFC相比，+10% perf @恒功率，+20%POWER@恒定perf
• 12FFC+ ：與12FFC相比，+7% perf @恒功率，+15% POWER@恒定 perf

這些節(jié)點的NTO將在2019年第三季度被接受。

臺積電還簡要介紹了正在進(jìn)行的未來節(jié)點材料研究的研發(fā)活動， 例如，Ge nanowire/nanoslab器件溝道，2D半導(dǎo)體材料（ZrSe2，MoSe2），請見下圖（來源：臺積電）。

Fab運營高級副總裁j.k Wang博士詳細(xì)討論了正在進(jìn)行的降低DPPM和保持“卓越制造”的努力。特別值得注意的是為滿足汽車客戶苛刻的可靠性要求而采取的步驟。Wang博士演講的重點包括：

“自引入N16節(jié)點以來，我們在頭6個月加快了每個節(jié)點的產(chǎn)能提升速度。2019年N7的產(chǎn)能將超過每年100萬塊12英寸晶圓。自2017年以來，隨著Gigafab 15的第5至7階段已經(jīng)投產(chǎn)，N10/N7產(chǎn)能增長了兩倍?！?/p>

“我們實施了積極的統(tǒng)計過程控制（在控制晶圓現(xiàn)場進(jìn)行測量），以便及早發(fā)現(xiàn)、停止和修復(fù)過程的變化，例如基線測量的向上/向下偏移、方差偏移、工具之間的不匹配。我們建立了二維晶圓剖面測量標(biāo)準(zhǔn)，并對每個晶圓的‘驗收’剖面進(jìn)行在線監(jiān)測和比較?！?/p>

“N7的DDM降低率是所有節(jié)點中最快的?！?/strong>