臺積電1萬億投資建廠！第二個2nm工廠，劍指1nm

近日，臺積電正式提出2nm以及后續(xù)1nm的工廠擴建計畫。

預(yù)計總投資金額將高達8000億至1萬億新臺幣(約1840-2300億元)，占地近100萬平方米。

據(jù)聯(lián)合新聞網(wǎng)報道，位于中部科學(xué)園區(qū)(中科)的新工廠將占用周邊的一個高爾夫球場以及部分公有土地。

這也是繼竹科寶山之后，臺積電規(guī)劃的第二個2nm晶圓廠。

業(yè)界指出，相較于后續(xù)用地問題仍待解決的臺積電竹科寶山2nm工廠，臺中高爾夫球場土地所有權(quán)單純，一旦與興農(nóng)集團完成協(xié)商，很有可能超過竹科寶山建廠進度。

根據(jù)臺積電初步規(guī)劃，工廠預(yù)計在明年獲得用地許可并展開環(huán)境影響評估，最快于2023年動工，預(yù)計可創(chuàng)造約8000個就業(yè)機會。

這兩年由于對芯片需求的劇增，臺積電產(chǎn)能擴充與開發(fā)較往年可說是「五倍速」前進。為了確保產(chǎn)能的提升，相關(guān)的支出也大舉拉高，尤其是在先進制程方面。

目前臺積電在中科的制程涵蓋28nm及7nm，由于2nm及1nm制程的設(shè)備可以共用，未來將由1.8nm、1.4nm，逐步向1nm推進。

業(yè)界推測，臺積電2nm最快可以在2024年試產(chǎn)，于2025年實現(xiàn)量產(chǎn)，之后再進入1nm，以及后續(xù)的「埃米」制程。

工廠建成后預(yù)計每年用電量可以達到75萬千瓦，當(dāng)?shù)匾粋€發(fā)電機組每年的發(fā)電量是55萬千瓦。

也就是說，全年需要差不多1.5臺機組保障臺積電新工廠的用電需求。而當(dāng)?shù)啬壳翱偣簿椭挥?0臺發(fā)電機組。

2nm：MBCFET

在工藝下降到5nm之前，F(xiàn)inFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)一直是很好的。

當(dāng)達到原子水平 (3nm是25個硅原子排成一行) 時 ，F(xiàn)inFET開始出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，可能不再適用于更進一步的工藝水平。

在2nm工藝上，臺積電并沒有直接使用三星規(guī)劃在3nm工藝上使用的GAAFET (環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管)，也就是納米線(nanowire)，而是將其拓展成為MBCFET(多橋通道場效應(yīng)晶體管)，也就是納米片(nanosheet)。

GAAFET是一個周圍都是門的場效應(yīng)管。根據(jù)不同的設(shè)計，全面柵極場效應(yīng)管可以有兩個或四個有效柵極。

通過在柵極上施加電壓，你可以控制源極和漏極之間的電流，將其從0切換到1，并創(chuàng)建一個處理器的二進制邏輯。

從GAAFET到MBCFET，從nm線到nm片，可以視為從二維到三維的躍進，能夠大大改進電路控制，降低漏電率。

2nm采用以環(huán)繞閘極(GAA)制程為基礎(chǔ)的MBCFET架構(gòu)，可以解決FinFET因制程微縮產(chǎn)生電流控制漏電的物理極限問題。

1nm：「鉍」密武器

今年5月，麻省理工學(xué)院(MIT)的孔靜教授領(lǐng)導(dǎo)的國際聯(lián)合攻關(guān)團隊探索了一個新的方向：使用原子級薄材料鉍(Bi)代替硅，有效地將這些2D材料連接到其他芯片元件上。

這項研究「Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors」已發(fā)表在Nature期刊上。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03472-9

自2019年起，MIT、臺大和臺積電就展開了漫長的跨國合作。

MIT團隊最先發(fā)現(xiàn)，在「二維材料」上搭配「半金屬鉍(Bi)」的電極，能大幅降低電阻并提高傳輸電流。

之后，臺積電技術(shù)研究部門則將「鉍(Bi)沉積制程」進行優(yōu)化。

最后，臺大團隊運用「氦離子束微影系統(tǒng)」將元件通道成功縮小至nm尺寸，終于獲得突破性的研究成果。

這種材料被作為二維材料的接觸電極，可以大幅度降低電阻并且提升電流，從而使其能效和硅一樣，實現(xiàn)未來半導(dǎo)體1nm工藝的新制程。

未來，「原子級」薄材料是硅基晶體管的一種有前途的替代品。

研究人員表示，他們解決了半導(dǎo)體設(shè)備小型化的最大問題之一，即金屬電極和單層半導(dǎo)體材料之間的接觸電阻，該解決方案被證明非常簡單，

即使用一種半金屬，即鉍元素(Bi)，來代替普通金屬與單層材料連接。

這種超薄單層材料，在這種情況下是二硫化鉬，被認為是繞過硅基晶體管技術(shù)現(xiàn)在遇到的小型化限制的主要競爭者。

金屬和半導(dǎo)體材料(包括這些單層半導(dǎo)體)之間的界面產(chǎn)生了一種叫做金屬誘導(dǎo)的間隙(MIGS)狀態(tài)現(xiàn)象，這導(dǎo)致了肖特基屏障的形成，這種現(xiàn)象抑制了電荷載體的流動。

使用一種半金屬，其電子特性介于金屬和半導(dǎo)體之間，再加上兩種材料之間適當(dāng)?shù)哪芰颗帕校Y(jié)果是消除了這個問題。

研究人員通過這項技術(shù)，展示了具有非凡性能的微型化晶體管，滿足了未來晶體管和微芯片技術(shù)路線圖的要求。【責(zé)任編輯/周末】

來源：新智元

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