台積電2奈米 建廠計畫啟動

新竹科學園區寶山二期擴建計畫環評過關,晶圓代工龍頭台積電為2奈米量身打造的Fab 20晶圓廠投資計畫正式啟動,近期將展開土地取得程序,2022年上半年開始進行建廠作業。台積電Fab 20晶圓廠位於研發晶圓廠旁,共將興建4期廠房,預計2024年開始進入量產,將是台積電首座導入全新世代的奈米層片(nanosheet)架構2奈米製程的超大型晶圓廠(GigaFab)。

包括台積電、英特爾、三星晶圓代工等半導體大廠現階段先進製程所採用的鰭式場效電晶體(FinFET)架構,都是依賴前台積電技術長、現為美國柏克萊大學教授胡正明發明的FinFET技術所開展。原本FinFET架構推出是為了解決漏電問題,但隨著製程推進至3奈米,短通道效應讓微縮難度大增,且產生控制漏電的物理極限問題,所以三星在3奈米導入環繞閘極(GAA)電晶體架構,英特爾及台積電則在2奈米跨入GAA架構。

台積電正在研發中的GAA架構2奈米製程,採用全新世代的奈米層片技術。FinFET結構是利用垂直立體設計,架構看起來像是魚鰭而有此稱呼,此一改變讓閘極跟鰭(Fin)能接觸的面積增加,在製程微縮時可降低漏電問題,但製程微縮讓空間愈小,鰭的垂直設計遇到很大的空間上的挑戰,所以將鰭由垂直轉為水平就成為奈米層片GAA架構,而且製程繼續微縮就會成為所謂的奈米線(Nanowire)GAA架構。

台積電2奈米研發進度符合預期,隨著寶山二期擴建計畫環評過關,台積電隨即進入土地取得程序,預期2022年可開始動工興建。設備業者指出,台積電為2奈米製程量身打造的Fab 20超大型晶圓廠,將分為4期廠房逐步動工,前2期廠房預估會在2023年下半年完工並展開裝機作業,2024年下半年可望進入量產階段,2奈米4期廠房全部完工量產時程約落在2025~2026年,總月產能將逾10萬片規模。

台積電在技術論壇指出,對於3奈米之後更先進的技術,台積電在奈米層片裝置方面取得了重大突破,提供了短通道控制,為在低電壓下實現良好效能提供了機會,期望能夠將奈米層片的效能提高超過10%以上。同時,台積電還創建了一種將金屬與2D材料結合的新方法,改善了接觸阻力和為縮小元件尺寸的最小接觸長度,低溫傳輸過程及原子級薄膜面間和通道材料,將為未來的2D電子產品鋪路。至於1D碳奈米管電晶體方面也取得進步,在製作高品質、超薄介電系統方面有突破性進展。


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