Selon le Taiwan Economic Daily, le procédé 2nm de TSMC a fait une percée majeure. Le processus de recherche et développement est maintenant à un stade avancé. L’entreprise est optimiste quant au rendement de sa production d’essais de risque au cours du second semestre 2023, qui pourrait atteindre 90 %. La chaîne d’approvisionnement a également révélé que, contrairement aux procédés 3 nm et 5 nm qui utilisent le FinFET, le procédé 2 nm de TSMC utilise une nouvelle architecture de transistor à effet de champ à canal multi-pont (MBCFET).
Le TSMC a mis en place l’année dernière une équipe de R&D pour le projet 2nm afin de trouver une voie de développement réalisable. Compte tenu du coût, de la compatibilité des équipements, de la maturité de la technologie et des performances, le 2nm adopte l’architecture MBCFET basée sur le processus de la porte d’environnement (GAA). Cela résout la limite physique de la fuite de contrôle actuelle du FinFET due au rétrécissement du processus. La TSMC a déjà révélé que sa R&D et sa production de 2 nm se feront à Baoshan et à Hsinchu. Elle prévoit également de construire quatre fabriques de plaquettes ultra-larges de P1 à P4, couvrant une surface de plus de 90 hectares.
En regardant les progrès actuels de la R&D du 2 nm de TSMC, il devrait entrer dans la production d’essai de risque en 2023 et la production de masse en 2024
Transistors – une clé pour les processus avancés de fabrication de semi-conducteurs
Les transistors sont la clé des processus de fabrication avancés de semi-conducteurs. Par exemple, au stade de 45 nm, l’industrie a introduit le processus de couche isolante / grille métallique à k élevé (HKMG). Le procédé de couche isolante / grille métallique à haute valeur k de deuxième génération a été introduit à 32 nm. Cependant, lorsque la taille du transistor est inférieure à 25 nm, la taille du tube à effet de champ planaire traditionnel ne peut pas être réduite.
Le transistor à effet de champ Fin (FinFET) inventé par le professeur Hu Zhengming de l’Université de Californie à Berkeley résout ce problème. L’idée principale est de rendre le transistor à effet de champ tridimensionnel. Ce nouveau transistor semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire peut améliorer le contrôle du circuit et réduire le courant de fuite.
Grâce à l’invention du FinFET, Intel a lancé un FinFET commercial de 22 nm en 2011. Depuis lors, l’industrie FinFET a fait progresser le processus de fabrication de semi-conducteurs de 22 nm à 5 nm aujourd’hui. Cependant, le processus de 5 nm a réduit le transistor au niveau atomique. Le diamètre des atomes de silicium est de 0,117 nm et 3 nm est presque la longueur de 25 atomes de silicium connectés bout à bout.
La technologie FinFET s’arrêtera au processus de fabrication 4 nm / 3 nm
Pour poursuivre le processus de miniaturisation des semi-conducteurs, de nouvelles technologies doivent être introduites. Le GAA (Gate-all-around, around the gate) adopté par TSMC 2nm est également appelé GAAFET. Il a le même concept que les FinFET. La différence est que la porte de GAA s’enroule autour du canal. Selon différentes conceptions, GAA a également différentes formes. Les quatre technologies courantes actuelles sont les nanofils, les ailettes de pontage à plusieurs voies à structure en forme de feuille, les nanofils à section hexagonale et les nanorings.
La technologie GAA introduite par Samsung est le FET à canaux multiples (MBCFET), qui est une ailette de
pont multi-canaux avec une structure en forme de plaque. Dans l’adoption de la technologie GAA, Samsung
est encore plus radical. Il est rapporté que Samsung 3nm introduira GAA pour augmenter ses performances de
processus 3nm de 35% et réduire sa consommation d’énergie de 50% par rapport à 7nm. Cependant, TSMC
n’introduira pas la technologie GAA avant 2 nm.
GAA peut apporter une réduction des performances et de la consommation d’énergie, mais le coût est également très élevé. Le coût du processus 28 nm est de 62,9 millions de dollars, et 5 nm atteindra 476 millions de dollars. Samsung affirme que le coût de son GAA 3 nm pourrait dépasser 500 millions de dollars.
