芯片正在全面走向3D

最早實(shí)現(xiàn)3D化的晶體管

按照摩爾定律，晶體管的數(shù)量與芯片性能息息相關(guān)，晶體管是最早實(shí)現(xiàn)3D化的，在平面晶體管時(shí)代，22nm基本就是大家公認(rèn)的極限了，為了突破這個(gè)工藝極限，F(xiàn)inFET晶體管誕生了。

FinFET確切的說，是一個(gè)技術(shù)的代稱。世界上第一個(gè)3D三維晶體管是由英特爾在2011年5月宣布研制成功，當(dāng)時(shí)英特爾稱其為 “Tri－Gate”（三柵極晶體管）。

早在2002年，英特爾就已經(jīng)提出了相關(guān)技術(shù)專利，花了將近10年完善，并在2011年年底用Tri－Gate技術(shù)量產(chǎn)22nm工藝的新一代處理器lvy Bridge，于2012年初正式發(fā)布。雖然叫法不同，但Tri－Gate的本質(zhì)就是FinFET。

3D Flash向200層加速

從時(shí)間上看，第一個(gè)3D晶體管和第一代3D NAND閃存芯片推出的時(shí)間相差無幾。2011年，英特爾推出世界上第一個(gè)3D三維晶體管，2012年三星推出第一代3D NAND閃存芯片，也是第一款32層SLC V－NAND SSD——850 PRO。

最開始是東芝在2008年開發(fā)了3D NAND結(jié)構(gòu)BICS，4年后，三星在2012年推出了第一代3D NAND閃存芯片，隨后，東芝、西部數(shù)據(jù)、美光等存儲(chǔ)大廠接連跟上，拉開了3D NAND 層數(shù)之戰(zhàn)的序幕。

近日也發(fā)布了業(yè)界首個(gè)232層堆棧的 3D NAND Flash芯片，雖然暫時(shí)還沒有公布232層3D NAND閃存芯片的具體參數(shù)，但可以知道采用的是CuA架構(gòu)，初始容量為1Tb（128GB），并預(yù)計(jì)在2022年底左右開始量產(chǎn)。

3D封裝技術(shù)如火如荼

3D封裝在前段時(shí)間也是狠狠火了一把，隨著芯片越來越復(fù)雜，芯片面積、良率和復(fù)雜工藝的矛盾難以調(diào)和，3D封裝是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

在晶圓代工廠領(lǐng)域，臺(tái)積電的3D封裝技術(shù)一馬當(dāng)先，早在2008年底臺(tái)積電就成立導(dǎo)線與封裝技術(shù)整合部門，正式進(jìn)軍封裝領(lǐng)域。據(jù)悉，臺(tái)積電的3D封裝工藝主要分為前端芯片堆疊SoIC技術(shù)和后端先進(jìn)封裝CoWoS和InFO技術(shù)。

英特爾則是在2018年推出了3D堆疊封裝技術(shù)“Foveros”，第一代 Foveros于2019年在Lakefield芯片中推出。英特爾預(yù)測(cè)第三代Foveros Omni以及第四代Foveros Direc都將在2023年量產(chǎn)。

三星在2020年8月公布了自家的3D封裝技術(shù)“X－Cube”，三星表示，這項(xiàng)技術(shù)將用于 5G、AI、AR、HPC（高性能計(jì)算）、移動(dòng)和 VR 等領(lǐng)域。

3D DRAM也正在路上

目前，幾家存儲(chǔ)大廠也開始逐漸向3D DRAM邁進(jìn)。今年年初，BusinessKorea 報(bào)道稱，三星電子正在加速 3D DRAM 的研發(fā)，已經(jīng)開始加強(qiáng)招聘人員等相關(guān)團(tuán)隊(duì)建設(shè)。

此外，美光科技和 SK 海力士也在考慮開發(fā)3D DRAM。美光提交了與三星電子不同的 3D DRAM 專利申請(qǐng)，希望能在不放置單元的情況下改變晶體管和電容器的形狀。

也有日本媒體報(bào)道稱，華為將在6月份舉行的 VLSI Symposium 2022上發(fā)表其與中科院微電子研究所合作開發(fā)的 3D DRAM 技術(shù)。

Applied Materials和Lam Research等全球半導(dǎo)體設(shè)備制造商也在開發(fā)與3D DRAM相關(guān)的解決方案。

結(jié)尾：

在芯片從二維走向三維的過程中，出現(xiàn)了很多新技術(shù)，這些新技術(shù)的出現(xiàn)，不僅突破了某個(gè)行業(yè)內(nèi)的瓶頸，也促進(jìn)了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的繼續(xù)創(chuàng)新。