台积电副总经理蒋尚义：微缩化与大口径我们都要领先

目前，在代工业界具有压倒优势的是台湾台积电。台积电2009年的销售额约达90亿美元，占了约一半的市场份额，把第二位以后的企业远远甩在身后。该公司2010年宣布将进行有史以来最大的设备投资，明显地要进一步扩大其竞争优势。就支持这项投资的技术策略，我们采访了该公司研发部门的负责人蒋尚义副总。 （记者：大石基之 大下淳一 河合基伸 佐伯真也 小岛郁太郎）

曾在美国德州仪器公司与惠普公司工作，1997年到台积电担任研究与发展副总经理；2006年辞职，但于2009年重回该公司担任现职至今。（摄影 山田慎二）问：贵公司计划2010年要进行48亿美元的设备投资。为什么要决定进行如此大规模的投资？
答：是由于市场对以65～40nm工艺等尖端技术的需求极其强烈。需求急剧高涨，令我们感到吃惊。为了满足这种需求，我们判断有必要大规模投资。
过去有一个时期曾预测，随技术的进步，因设计和掩模的成本会不断上升，尖端逻辑电路LSI的设计件数会逐渐减少。但从晶圆片数的角度看，顾客对尖端技术产品的垂询实际上在持续上升。从事尖端逻辑LSI生产的客户数量确实有所减少，但所生产的晶圆总量却并未减少。
问：贵公司在2010年第二季成为第一个量产28nm产品的半导体代工企业。已有20家以上的客户，并获得了来自大型FPGA供应商美国Altera公司与美国赛灵思（Xilinx）公司的订单。
答：我们很高兴获得来自Xilinx的订单，它此前是我们竞争对手的客户。像Xilinx和Altera这样与率先导入最尖端技术的半导体制造厂商合作，可使得技术开发和量产得以尽早开始，因而具有重大意义。这会加强晶圆代工业务的优势地位。此次，我们向Xilinx提供了使用高介电金属栅极的低功耗版工艺技术。
问：高介电金属栅极技术采用后栅极制造法，是因为它是在Atom核的基础SoC的制造上与贵公司有合作关系的英特尔的量产方式吗？答：我们与英特尔没有合作关系。选择这种方法完全出于技术上的考量。
我们当初曾开发了前栅极高介电金属栅极（gate-first high-k/metal gate）。但发现在晶体管阈值电压的控制上碰了壁：因为很难在nMOS上获得低阈值电压。这就是nMOS和pMOS都使用相同的栅极金属材料的原因。
因此，我们对阈值电压控制的自由度予以了高度重视，选择了nMOS和pMOS可使用不同栅极金属材料的后栅极方式。虽曾有过对制造成本的担心，但实际上成本与前栅极技术大约相同。
问：贵公司竞争对手GLOBALFOUND-RIES公司和三星的32～28nm芯片都采用前栅极法。
答：目前采用前栅极法的厂商，最早可能在22～20nm工艺时就将会转而采用后栅极法。 如上述所提到的，是由于前栅极法难以在pMOS上获得低阈值电压，因此难以实现高速版工艺。要使阈值电压高，则为提高工作速度的电源电压就要上升，功耗就会变大。即使从微细化的角度看，前栅极法也不利。
pMOS和nMOS需要使用不同的栅极材料这一点，已为过去的历史所证明：约20年前，许多厂商探讨过将n型多晶硅栅极（n-type poly-Si gates）同时用于nMOS和pMOS用的可行性，但结果还是在nMOS采用n型栅极，而pMOS 采用p型栅极。此次的结果完全一样。
问：贵公司很快发布了继28nm后将量产20nm的计划，震惊了半导体业界。并预定2012年第三季开始生产。请问这一代产品的技术策略为何？
答：除第二代使用高介电金属栅极之外，还将在第五代采用应变硅（strained silicon）与低电阻铜布线等（low-resistance copper metallization）。
关于光刻，计划最初将采用反复两次曝光（two exposure passes）的双图样微影技术（double-patterning lithography）。之后，如果像超紫外线（EUV）与电子束（EB）等曝光技术足够成熟，或许会转而采用其中之一。
从20nm代开始，我们还将提供硅通孔（TSV）技术。
问：可与微细化相提并论的可降低LSI制造成本的另一个因素是晶圆的大口径化。贵公司计划何时导入450mm晶圆？
答：约有10年历史的大口径化，如果按照过去的趋势，估计会在2013～2014年左右过渡。但是设备制造厂商担心开发费用上涨，对此不抱积极态度。
我们常常被客户逼着降价。因此，微细化和晶圆的大口径化对我们来说不可或缺。300mm晶圆生产效率的提高已接近顶点，因此过渡到450mm是必须的。