文章摘要
【关 键 词】 台积电、半导体、FinFET、GAA、BSPDN
台积电在半导体制造领域继续保持其领先地位，尤其是在FinFET技术方面。目前，包括英特尔在内的所有重要前沿逻辑设计都在台积电的N5和N3工艺上生产，而竞争对手如三星和英特尔则在追赶。尽管台积电的未来地位尚未确定，但FinFET技术已接近极限，SRAM微缩在几个节点上停滞不前，行业正处于关键转折点。未来2-3年内，前沿逻辑必须采用全栅极（GAA）和背面供电（BSPDN）两种新范式。
英特尔在10nm节点上的失败导致其失去了三年的领先优势，部分原因是未能采用EUV技术以及在工具供应链不成熟的情况下过渡到钴金属化。GAA和BSPDN的新模式为代工厂的竞争秩序带来了新的机会，甚至可能为新进入者如日本政府支持的2nm代工初创公司Rapidus打开大门。
随着建造尖端晶圆厂所需的资本支出的增加，三星或英特尔可能被迫退出竞争。BSPDN技术通过将电源布线移至晶圆背面，为信号布线留出空间，从而改善了电力传输，减少了功率损耗，并减少了对积极互连微缩的需求。
目前，有三种不同的背面供电方法正在探索和/或实施：埋地电力轨（BPR）、PowerVia和直接背面接触（DBC）。每种方法都有其优势和挑战。例如，BPR简单但存在污染风险，PowerVia避免了污染风险并提供了更好的电池尺寸缩小效果，而DBC提供了最大的扩展优势，但生产难度最高。
在代工厂路线图上，GAA和BSPDN在时间和架构上存在显著差异。Rapidus计划在2025年开设一条2nm试验线，并在2027年实现大批量生产。三星在2022年率先在SF3E节点上量产GAA，但产品化程度有限。英特尔正在加速其GAA + BSPDN节点18A，而台积电则稳步推进其N2节点，计划在2026年推出首个GAA + 背面电源节点A16。
SRAM微缩是推动芯片功能逐代改进的关键因素，但自5nm节点以来，SRAM位单元微缩一直停滞不前。GAA晶体管可能在从finFET到GAA的转变中提供一次性的缩小优势，但在后续节点中可能不会有太大优势。SRAM外围设备仍受益于现代DTCO和其他扩展技术，但在关键应用中，外围设备仅占SRAM总面积的一小部分，因此好处不会那么明显。
总体而言，三大代工厂将在2025年真正大规模推出GAA，Rapidus将在2027年紧随其后。英特尔将率先推出BSPDN，时间比预期早一年左右，但尽管名为18A，但其密度更接近3纳米工艺。
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【原文作者】 半导体行业观察
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