2纳米芯片在3纳米量产在即时该如何实现？

与三星3纳米芯片不同GAA工艺，台积电仍将继续使用FinFET技术的关键考虑是，在引入5纳米工艺后，客户可以选择相同的设计来引导3纳米工艺，这可以继续给客户带来具有成本竞争力和良好效率性能的商品。全围绕栅(gate-all-around：GAA)技术是FinFET科学技术的演变是一种抑制短沟效应的技术。

“2025年量产2纳米，3纳米量产！”这是台积电总裁魏哲佳在公司2022年技术论坛上透露的重大信息之一。目前，台积电和三星是世界上唯一能够掌握5nm芯片生产技术的公司。三星首先完成了3nm芯片的批量生产，就好像它已经完成了工艺技术的反向超级。

然而，台积电和三星仍然拥有先进的AD5242BRU10芯片技术“内卷”。就像魏哲家透露的信息一样，2纳米芯片技术将成为一个新的技术战场。据悉，台积电2纳米芯片将采用全新芯片nanosheet为了保持世界先进芯片技术的领先地位。

三大重磅信息

据悉，台积电在本次技术论坛上披露了以下三个关键信息:一是半导体行业发生了三大变化；二是低端芯片短缺成为供应链瓶颈；三是3纳米量产在即，2纳米2025年量产。

其中，半导体设备的三大变化主要表现在：第一，仅仅依靠晶体管驱动技术来提高效率还不足以满足需求，需要三维集成电路（3）DIC)先进的包装技术提高了芯片的效率,第二,应用程序端导入半导体元件的内容将继续增加,并促进改善过程需求的增长,特别是汽车芯片每年增加15%;第三,供应链从全球化到本地化,区域变化,世界各国都出台了半导体产业政策，吸引半导体企业在当地设立工厂，推动全球高效供应体系进入过去，总成本将迅速增加，供应链管理更加关键。

虽然业内对当前芯片供求关系一直有一个共识，那就是，“芯片短缺是客观存在的，但短缺不包括中低档芯片。缺少的是类似于7nm高端芯片”但魏哲家却表示，目前价值50-10美元的低端芯片供不应求，而低端芯片供不应求，正成为供应链瓶颈。

当然，他举例支持他的观点。例如，荷兰ASML难以获得EUV由于使用了10美元的芯片，设备无法按时发货；50美分的无线电芯片的短缺阻碍了价值5万美元的汽车生产；此前，英伟达官员还表示，电源转换器和收发器等低端芯片的短缺导致企业无法获得足够的机器，这与公司能否生产更多的数据中心产品有关。

对于先进的芯片工艺，魏哲家表示，“台积电量产5纳米已经进入第三年，累计生产200万片。世界上没有一家公司的产量超过台积电，甚至没有一家公司的产量超过台积电的一半。”据透露，目前台积电的技术每年都在进步，现在5纳米家族成员也包括4纳米，N4P纳米，N4X纳米。

魏哲家表示，“3nm决定今年下半年量产，但考虑了很久，最终决定正常使用。FinFET。到2nm采用全新的nanosheet工艺，将于2025年量产。”

台积电3纳米FinFET工艺有挑战

摩尔定律目前的路上有两个障碍：一是短沟效应；二是量子隧穿。

相对来说，FinFET该技术的优点是缓解了由短通道效应和输出电阻问题引起的通电问题，同时只需要放置Fin提高高度，可以提高器件的驱动能力。FinFET技术战胜了自己“孪生兄弟”FDSOI，变成了foundry宠儿，扛起推动IC工业进步的旗帜。

然而，在芯片技术进入个位后，FinFET遇到两个无法解决的问题：1.在有效栅长15.nm，Fin在5nm时，FinFET静电问题严重；2.随着工艺节点的不断缩小，FinFET里边Fin数量需要从两个减少到一个，这将降低设备的工作性能。为了补偿，因为Fin个数损失的特征需要Fin高度要做得更高，但这样会使工艺更加复杂，设备也更不能规模化。

因此，基于GAA不断提出各种工艺结构，以取代它们FinFET，以三星为例GAA完成3纳米芯片批量生产的工艺。

与三星3纳米芯片不同GAA工艺，台积电仍将继续使用FinFET技术的关键考虑是，在引入5纳米工艺后，客户可以选择相同的设计来引导3纳米工艺，这可以继续给客户带来具有成本竞争力和良好效率性能的商品。在行业信息出现之前，台积电3纳米芯片预计将在今年第三季度末上涨，第四季度开始进入大规模生产阶段。然而，魏哲的家人表明，“3纳米有说不出的困难，目前已经大规模生产，客户非常活跃，而且有很多客户参与其中，但是工程能力有点不足，正在努力。”

2纳米芯片如何实现？

对于更先进的2纳米芯片技术及其回应，三星声称“到2030年，超车台积电获得全球逻辑芯片代工龙头地位”台积电自然不敢懈怠，并积极投入2纳米研发，取得重大技术突破。

全围绕栅(gate-all-around：GAA)技术是FinFET科学技术的演变是一种抑制短沟效应的技术。事实上，GAA技术不是新技术。早在前几年，IMEC在开发防辐射元件时，给出了用优质氧化层包围硅膜的概念，以减少器件的氧化层厚度。GAA这个概念是第一次被提出。设备制造完成后，发现格栅对通道的控制力有了很大的提高，设备的工作特性也有了很大的提高。然而，由于其复杂的工艺和非平面结构，受当时半导体工艺的限制，该设备没有得到大规模的应用。

不过，基于FinFET在3纳米以下遇到的技术瓶颈中，台积电必然会在2纳米上进入GAA技术。

在公司的技术论坛上，魏哲家表示，台积电2纳米技术和3纳米技术相比，在相同功耗下，速度增快10∽15%，或在相同速度下，功耗降低25∽30%。同时，他也透露，台积电2纳米将使用新的纳米片(nanosheet)技术，将于2025年批量生产，届时电晶体密度最小，效率最高的先进制造技术。

“在3nm下面，单晶体管的性能很难提高，能做的就是提高集成度，降低功耗。”有专业人士说。根据专业人士的分析，这种类型Nanosheet技术可以看作是围绕多个通道的格栅极，多个通道相互堆叠，以实现卓越的通道控制。同时，为了进一步提高集成度，晶体管将直接分层，即NMOS堆在PMOS为此设计SRAM模块可以减少到50%的面积。

因此，从3纳米到2纳米，我们不必改变先进技术。许多人会相信，无论我们如何继续我们的生活，摩尔定律总有一天会结束。毕竟，硅细胞的周长很难变小。过分追求先进技术是不明智的。摩尔定律定义“晶体管数量翻倍”，可以理解为“晶体管在单位面积上形成的电路性能翻倍？”

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