1.713億個/mm!臺積電5nm電晶體密度最新估計:比7nm提高88%

2021-01-10 EETOP

臺積電已在本月開始5nm工藝的試產,第二季度內投入規模量產,蘋果A14、華為麒麟1020、AMD Zen 4等處理器都會使用它,而且消息稱初期產能已經被客戶完全包圓,尤其是蘋果佔了最大頭。

臺積電尚未公布5nm工藝的具體指標,只知道會大規模集成EUV極紫外光刻技術,不過在一篇論文中披露了一張電晶體結構側視圖。

5nm密度估算

WikiChips經過分析後估計,臺積電5nm的柵極間距為48nm,金屬間距則是30nm,鰭片間距25-26nm,單元高度約為180nm,照此計算,臺積電5nm的電晶體密度將是每平方毫米1.713億個。

相比於初代7nm的每平方毫米9120萬個,這一數字增加了足足88%,而臺積電官方宣傳的數字是84%。

雖然這些年摩爾定律漸漸失效,雖然臺積電的工藝經常面臨質疑,但不得不佩服臺積電的推進速度,要知道16nm工藝量產也只是不到5年前的事情,那時候的電晶體密度才不過每平方毫米2888萬個,5nm已經是它的幾乎六倍!

另外,臺積電10nm工藝的電晶體密度為每平方毫米5251萬個,5nm是它的近3.3倍。

EUV

臺積電強調在此過程中廣泛使用EUV。值得指出的是,這實際上是臺積電第一個基於「主要」 EUV的節點。臺積電N7和N7P節點是基於DUV的。臺積電的第一個生產EUV流程是N7+,但該節點實際上是一個孤立節點,與先前的節點不兼容,除了返回該節點之外,沒有明確的遷移路徑。另一方面,對於大多數客戶而言,N5被設計為從N7遷移的主要途徑。臺積電錶示,在切割,接觸,過孔和金屬線步驟中,使用了10層以上的EUV層來替代至少4倍的浸沒層。這是將其基於EUV的N5節點與利用多重模式的假設N5節點進行比較得出的結果。

臺積電在IEDM上展示了一張圖表,報告說,與以前的工藝相比,N5首次使用更少的掩模。與基線的1倍N16相比,測量出圖中條形的高度,N10使用的mask增加了1.31倍,N7使用的mask增加了1.45倍,而N5使用的mask增加了1.35倍。如果N5是基於多圖案DUV的工藝,則掩模數量將激增至1.91倍。換句話說,在使用約60個掩模的14/16nm時,10nm約需要78個掩模,7nm約需要87個掩模,而5 nm則返回到81個掩模。如果沒有EUV,則在5nm的時候需要115個掩模。他們沒有給出與N7 +的比較,但我們估計它與10nm的掩模數量相當。

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