作者?| 方文

最早實現(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)，晶體管是最早實現(xiàn)3D化的，在平面晶體管時代，22nm基本就是大家公認的極限了，為了突破這個工藝極限，F(xiàn)inFET晶體管誕生了。

FinFET確切的說，是一個技術(shù)的代稱。世界上第一個3D三維晶體管是由英特爾在2011年5月宣布研制成功，當時英特爾稱其為 “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

從時間上看，第一個3D晶體管和第一代3D NAND閃存芯片推出的時間相差無幾。2011年，英特爾推出世界上第一個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232層堆棧的 3D NAND Flash芯片，雖然暫時還沒有公布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），并預計在2022年底左右開始量產(chǎn)。

3D封裝技術(shù)如火如荼

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

在晶圓代工廠領(lǐng)域，臺積電的3D封裝技術(shù)一馬當先，早在2008年底臺積電就成立導線與封裝技術(shù)整合部門，正式進軍封裝領(lǐng)域。據(jù)悉，臺積電的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。英特爾預測第三代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，這項技術(shù)將用于 5G、AI、AR、HPC(高性能計算)、移動和 VR 等領(lǐng)域。?

3D DRAM也正在路上

目前，幾家存儲大廠也開始逐漸向3D DRAM邁進。今年年初，BusinessKorea 報道稱，三星電子正在加速 3D DRAM 的研發(fā)，已經(jīng)開始加強招聘人員等相關(guān)團隊建設(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，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)，不僅突破了某個行業(yè)內(nèi)的瓶頸，也促進了半導體產(chǎn)業(yè)的繼續(xù)創(chuàng)新。

部分內(nèi)容來源于：中國科大圖書館：芯片的3D趨勢；IEEE電氣電子工程師：3D芯片技術(shù)顛覆計算的三種方式；黑科技觀察家：3D芯片的未來發(fā)展方向，構(gòu)建下一代3D芯片的技術(shù)一覽；半導體行業(yè)觀察：芯片，全面走向3D；祺芯半導體：芯片，全面走向3D

編輯：黃飛