三星電子3nm工藝面臨的質量挑戰
據韓國媒體DealSite報道,三星電子的3nm工藝面臨著一個令人擔憂的問題,即產品的良品率仍然停留在50%左右,並未達到預期的60%以上。自2022年6月宣佈開始量產3nm工藝以來,關於該工藝良率的報道層出不窮。2023年5月,三星宣稱其3nm工藝的良率可以達到60~70%,而7月,機構Hi Investment & Securities也表示三星3nm工藝的良率已經達到60%。然而,另一家韓國媒體Chosunbiz在10月份的報道中稱,三星的3nm工藝良率僅約為50%。今年1月,Chosunbiz繼續指出,三星計劃在接下來的半年內將第二代3nm工藝的良率提高至60%以上。
問題根源:GAA工藝的不穩定性
三星電子3nm工藝良品率低的主要困難在於其所採用的GAA工藝仍不夠穩定,這直接影響了良品率的提升。GAA,即全環繞柵極電晶體,被視為鰭式結構的下一代技術。它透過實現柵極對通道的四面環繞,擴大了柵極與通道之間的接觸面積,提高了開關控制效率,減少了電流洩漏。相比之下,GAA的溝道控制能力更強,使得電晶體尺寸可以進一步微縮。
相較於目前主流的FinFET工藝(鰭式場效應電晶體),當其微細製程達到5nm後,已接近了物理極限。在這種情況下,GAA工藝逐漸取代了FinFET工藝成為必然。為了奪回“代工份額第一”稱號,三星電子將重心放在了GAA技術上,號稱其3nmGAA技術採用了寬通道的奈米片,較採用窄通道奈米線的GAA技術具有更高的效能和能耗比。
技術優勢與現實挑戰
在3nmGAA技術的實踐中,三星對奈米電晶體的通道寬度進行了調整,最佳化功耗與效能。第一代3nmGAA工藝相較於5nm工藝,功耗降低了45%,效能提升了23%,芯片面積減少了16%。而第二代3nmGAA工藝更是實現了功耗降低50%,效能提升30%,芯片面積減少35%。然而,雖然技術前景看好,現實卻仍然嚴峻。
2022年宣佈量產3nmGAA技術的三星至今未能有效解決良品率問題,甚至影響了旗下Exynos 2500晶片的生產。另一方面,臺積電在3nm節點上持續穩步改進FinFET工藝,憑藉卓越的效能和成熟的技術,不僅獲得了蘋果的訂單,還為其GAA技術贏得了更多時間。
展望未來
據報道,臺積電已經取得了在2nm製程研發上的重大突破,將向GAA技術發展,並計劃在2025年實現量產。對於三星而言,時間緊迫。如果今年無法有效改善3nmGAA工藝的良品率問題,可能將失去高通和聯發科等晶片代工訂單。或許,只有依靠在GAA工藝上積累的經驗,等待2nm節點和臺積電之間的較量。