得28nm者得天下?
2015-11-07
作者:于寅虎
来源:电子技术应用
根据半导体工艺路线图的演进,40nm的下一代工艺节点应该是32nm,然后是22nm。然而,产业界从40nm向下演进时,中间经过32nm,却很快跳跃到28nm。是什么导致了这一奇怪的现象?
28nm的性能优势
当工艺演进到32nm时,我们发现使用基本相同的光刻设备便可以延伸缩小至28nm。在成本几乎相同的情况下,使用28nm工艺制程无疑可以给产品带来更加良好的性能优势。
28nm的性能优势
目前, 28 纳米制程工艺主要分为多晶硅栅+氮氧化硅绝缘层栅极结构工艺( Poly/SiON)和金属栅极+高介电常数绝缘层( High-k) 栅结构工艺( HKMG)。
Poly/SiON 工艺的优点是成本低、工艺简单,适合对性能要求不高的手机和移动设备。
HKMG 工艺的优点是大幅减小漏电量,降低晶体管的关键尺寸,从而提高性能,但是工艺相对复杂,成本与Poly/SiON 工艺相比较高。
28nm产品产能分布结构
2011年第四季度,台积电首先实现了28 nm全世代制程工艺的量产。随后三星于2012年、格罗方德于2013年第四季度、联电于2014年第二季度、中芯国际于2015年第三季度分别实现28nm工艺的量产。截止2014 年底,台积电是目前全球28nm市场中的最大企业,它在2014年的销售收入主要来源于28nm,占其总营收的34% ,占全球28nm代工市场份额的80%,产能达到130000片/月,占整个28nm代工市场产能的62% ;三星、格罗方德、联电的产能分别达到了30000片/月、40000片/月和12000片/月。
2014年全球28nm工艺产品产能分布结构图
28nm成为IC工艺制程发展的关键节点
推动集成电路产业前进的主要动力之一是光刻工艺尺寸的缩小。目前28nm采用的是193nm的漫液式方法,当尺寸缩小到22/20nm时,传统的光刻技术已无能为力,必须采用辅助的两次图形曝光技术DP。然而这样会增加掩膜工艺次数,从而致使成本增加和工艺循环周期的扩大。这就造成20/22nm无论从设计还是生产成本上一直无法实现很好的控制,其成本约为28nm工艺成本的1.5-2 倍左右。因此,综合技术和成本等各方面因素, 28 nm都将成为未来很长一段时间内的关键工艺节点。
集成电路投资额估计值
28nm工艺制程市场优势突出
随着28nm工艺技术的成熟,28nm工艺产品市场需求量呈现爆发式增长态势:从2012年的91.3万片到2014年的294.5万片,年复合增长率高达79.6%,并且这种高增长态势将持续到2017年。之后随着14/16nm工艺技术的逐渐进步,28nm产品的市场需求量将会出现小幅下滑。
全球28nm工艺产品市场年需求量预测(千片)
28nm工艺在应用领域的分布
2015年至2016年,28nm工艺主要应用领域仍然为手机处理器和基带。2017年之后,28nm工艺虽然在手机领域的应用有所下降,但在其他多个领域的应用则迅速增加,如OTT盒子和智能电视等应用领域市场的增长速度较快。预计2019年至2020年,混合信号产品和图像传感器芯片也将会规模采用28nm的工艺。
28nm未来在各应用领域的市场份额预测
28nm工艺技术因其性价比高、应用领域广泛,预计还将持续4-5年。又因为成本原因, 14/16nm不会迅速成为主流工艺,因此,28nm工艺将会在未来很长一段时向内作为高端主流的工艺节点。考虑到中国物联网应用领域巨大的市场需求,28nm工艺技术预计在中国将持续很长时间,约为6-7年。