台积电3纳米(N3)产量和良率提升，成世界最先进芯片制造技术

台积电目标是2025年量产2纳米(N2)制程，现阶段是3纳米(N3)产量和良率提升，是世界最先进芯片制造技术。台积电强调，2023年量产更具效益的N3E制程，满足客户需求。

随着先进制程发展，近期台积电研发和技术高级副总裁米玉杰分享更多资讯。台积电下阶段将转向有更大镜头的微影曝光设备，2024年导入High-NA EUV微影曝光，一般认为用于2纳米芯片制造。

报引导用ASML介绍，有高数值孔径 (High-NA) 的新型EUV曝光微影系统，提供0.55孔径，与0.33孔径透镜EUV系统相较，不但精准度提高，也可达更高分辨率，完成更小晶体管设计，同时每小时超过200片芯片产能，对市场的量产需求大有帮助。

英特尔已宣布采购业界首部High-NA微影曝光设备TWINSCAN EXE:5200系统，2025年使用High-NA的EUV微影曝光设备生产。台积电2024年拿到High-NA EUV微影曝光设备后，初期仅用于研发协作，会照要求调整，适当时候再大规模生产。

与3纳米制程节点不同的是，2纳米制程节点将使用Gate-all-around FETs(GAAFET)晶体管技术，使2纳米制程节点比3纳米制程节点提升10%~15%性能，功耗降低25%~30%。预估2纳米制程2024年底做好风险生产准备，2025年底量产，客户2026年就能收到首批芯片。

继今年6月首度公布2纳米制程路线图后，备受关注的芯片制造巨头台积电的高端制程量产推进时间表也于近日敲定。公开报道指出，台积电先进制程目前进展顺利，3纳米将于今年下半年量产，升级版的3纳米制程将于2023年量产，2纳米则预计于2025年量产。作为全球最先进的芯片制程，台积电2纳米首次采用全新架构。据台积电总裁魏哲家在此前的技术论坛上透露，相较3纳米制程，采用新架构的2纳米制程芯片在相同功耗下频率可提升10%至15%，在相同频率下功耗能降低25%至30%。

值得注意的是，2纳米将是台积电工艺制程方面的一个转型节点。由于传统的架构工艺已经接近效能极限，台积电最大的对手三星、英特尔已经在3纳米上使用最新工艺架构，但或是出于保守考虑，台积电3纳米仍然沿用了传统架构工艺，这使得业内对台积电3纳米芯片的性能产生了颇多质疑。而随着最新制程的时间表陆续敲定，业内认为，台积电将进一步拉开与三星、英特尔的差距。CHIP全球测试中心中国实验室主任罗国昭向《中国经营报》记者表示，台积电在2纳米制程上的转型发力如果成功，会将此前在头部客户积累上的优势进一步放大，这也意味着全球芯片制造市场的马太效应或将进一步加剧。

虽然新架构的市场前景未明，但放弃传统架构，对执行业牛耳的台积电而言，或许只是迟早的事情，尤其是在三星、英特尔的步步进逼之下，旧架构的短板尤为凸显。

长久以来，芯片制造厂商在先进制程方面都采用了鳍式场效电晶体(FinFET)架构，尤其是在台积电内部，FinFET的技术积累尤为成熟，这也助其持续在先进制程的研发上保持领先。但随着芯片进入5纳米范围以下，FinFET的弊端也开始显现。一位国内存储芯片厂商的技术负责人告诉记者，集成电路工作通电时内部晶体管会存在漏电效应。“传统上可以通过控制晶体管的间距降低这种影响，但当制程低到一个极限时，漏电的影响无可避免。”该负责人表示。

而在业内这个极限节点普遍被认为是3纳米，虽然台积电宣称通过技术改进很好地解决了漏电问题，但意图赶超台积电的三星已抢先做出改变，使用了新的全栅场效应晶体(GAAFET)结构，并宣布在2022年推出3纳米GAA(全环绕栅极晶体管)的早期版本，而其“性能版本”将在2023年出货。“新架构还不算很成熟，台积电历来是稳扎稳打的风格，在3纳米策略上应该还是不想太冒进。但三星不一样，他们在5纳米上已经极大落后于台积电，想要赶超也只能放手一搏。”半导体产业分析师季维告诉记者。

季维表示，其实台积电一直在进行GAAFET的研发，并预备在2纳米上再从FinFET切换到GAAFET，这样在成本过渡上会更为合理，而在3纳米方面台积电也升级了相应的FinFET架构，依然保证了产品性能的稳定。值得注意的是，三星也的确为激进的制程策略付出了代价。由于新架构的良率出现问题，三星2021年中期宣布原本计划于2022年投产的3纳米芯片延期一年至2023年，与台积电几乎一致。因此，从结果而论，三星的抢跑计划并没有成功实现。

芯片是现代工业的大脑，没有芯片很多工业产品就有可能陷入瘫痪当中。

而且过去几十年，人类一直在孜孜不倦地追逐芯片工艺的进步，从几十微米到几十纳米，再到10纳米，7纳米，5纳米，3纳米，人类一直在向极限进行挑战。

但是按照芯片的制造工艺来看，工艺越高，对应的制造难度就越大。

虽然目前人类已经攻克了3纳米工艺，而且很快将量产，但是对于2纳米工艺，目前人类仍然面临很多难题，一时半会无法攻破。

但再大的困难也无法阻挡一些企业与研究机构的研发的步伐。

毕竟芯片这个行业规模太大，诱惑力多，一旦攻克了最先进的芯片工艺，就可以源源不断获取巨额利润。

所以即便2纳米芯片制造工艺技术难度非常大，但仍然有很多企业以及科研机构持续投入巨额资金和精力进行研发。

而且在研发的过程当中可能会充满一些戏剧性，比如近日美国的康奈尔大学就利用一种特殊的微波炉装置攻克了2纳米关键技术。

在芯片制造过程当中，硅必须掺杂越来越高的磷浓度，以促进准确和稳定的电流传输，但随着芯片工艺要求越来越高，传统的退火方法已经不再适用，比如2纳米芯片对硅中的平衡溶解度的磷浓度以及一致性要求越来越高，需要用到新的制造工艺。

为此很多厂家以及科研院所都在寻找新的突破口，此前台积电就曾经作出推测，微波可用于退火(加热)过程，以促进增加磷的掺杂浓度。