台积电2纳米制程平台技术介绍

逍遥设计自动化

引言
半导体行业随着台积电2纳米(N2) CMOS平台技术的开发取得重大进展。这项技术专门针对人工智能、移动设备和高性能计算(HPC)应用中的节能计算需求进行优化。特别是在2023年第一季度生成式人工智能取得突破性进展后，业界对先进节能逻辑技术的需求持续增长[1]。

asensnvtyga6401668514.png

justqvki5l36401668614.png

3 p3 n: H9 [# a% x3 `# ?图1：展示了从28纳米到N2的每平方毫米性能/功耗比提升，显示了跨技术节点超过140倍的节能计算加速。
# J$ I' n- u7 l* O  Q
' L, I: F0 W0 ]+ `' v/ EN2技术在半导体制造领域代表显著进步，采用了节能型环绕栅纳米片晶体管、优化的中端及后端互连，以及业界最高密度的SRAM宏单元，达到约38Mb/mm2。与前代3纳米制程相比，N2带来显著提升：速度提高15%或功耗降低30%，同时芯片密度提升超过1.15倍。
: U/ A4 @. v& `: n, B
$ J/ t  w% J! [! L7 F5 \1
" o6 a( Z& F0 O, Z: W0 _# TN2 NanoFlex技术架构
N2平台技术引入创新的NanoFlex方案，通过纳米片宽度调制和多单元架构提供灵活的设计选择。该技术的开发重点关注PPACt(功耗、性能、面积、成本和上市时间)各项指标。
6 K- e# l7 }# z4 F. f6 f

3nd2z1on1yh6401668715.png

图2：展示N2 NanoFlex技术通过结合短单元和高单元库实现超过15%性能提升。

8 b- z, P2 N$ f

r4aekzoftwa6401668815.png

图3：对比N2 NanoFlex HD单元和N3E FinFlex单元的性能，显示在各种电压范围内实现14-15%的速度提升。
/ _' E9 @! `$ q" S, A" {
该平台提供跨越200mV的六档阈值电压解决方案，使设计人员能够针对不同功耗和性能需求进行优化。这种灵活性对于满足各类节能计算应用需求具有特殊价值，同时保持最佳逻辑密度。
( y) b4 \$ h+ A. h$ ~$ ~4 i
# B4 Q3 P2 N! c" W2 f2
节能型纳米片晶体管与互连技术
6 E6 b9 }6 _0 q9 L5 q# sN2平台标志着从FinFET到纳米片技术的成功转型。这一发展历程包括多代Si FinFET技术，从16纳米发展到7纳米节点。

nfsy5d4ii3v6401668915.png

# d. F8 P; M4 F" x: C1 [图4：展示N2晶体管特性，呈现优异的漏致势垒降低(DIBL)和亚阈值摆幅性能。

aflkyunpzaf6401669015.png

8 ]4 T3 |; J# O图5：展示跨越约200mV的六档阈值电压范围，针对低漏电和高性能应用进行优化。
! O" W' [) m4 j$ R% q) G
4 \& k4 V2 |5 k) V# y' f2 W/ @: }纳米片晶体管在性能指标上展现显著改进。该技术分别在N型和P型场效应晶体管上实现70%和110%的I/CV速度提升。特别值得注意的是在低电压工作条件下(0.5V-0.6V)性能功耗比得到提升。

0v4wu54ldtk6401669115.png

图6：比较驱动电流和迁移率提升，显示N型和P型晶体管在I/CV速度上的显著改进。

  ~7 {/ E1 b5 p* E9 s3
" i4 C" A+ k. ?7 ^& a" d" s& Z5 \与3D Fabric技术集成
N2平台的主要创新在于与3D Fabric技术的无缝集成。该平台包括新型铜质重分布层(RDL)，具有平坦钝化层和硅通孔(TSV)，针对系统集成和扩展进行了优化。
$ X% q. s1 C' V* a

5k3qvs55ndl6401669216.png

- l, A; h, {. t/ M7 E7 t图7：展示N2与3D Fabric技术的集成能力，显示新型铜RDL和钝化层结构。

; k( c, `4 V% w% i1 s该技术专门设计用于支持先进封装解决方案，包括SoIC(集成芯片系统)3D堆叠和各种CoWoS(晶圆级芯片堆叠)变体。这种集成能力对加速人工智能、移动设备和HPC产品设计的系统集成和扩展具有重要作用。
, c7 N1 V1 |2 r! s- g
4
4 v4 V1 h- G1 P3 f& ?$ ]: ySRAM与逻辑性能
N2平台在SRAM密度扩展方面取得显著成果，达到约38Mb/mm2。这一提升来自位单元阵列效率和外围布局的多项优化。
+ k8 C3 B0 i  P4 V' |0 y

i2khmo1302j6401669316.png

3 `& p  M1 Z) q* G- O图8：展示从7纳米到2纳米的SRAM宏单元密度扩展，N2达到约38Mb/mm2。

: Z8 ~' L7 C( H该平台展现了可靠的稳定性和性能特征。256Mb SRAM显示稳定的高良率，不经修复即可达到超过80%平均良率和90%峰值良率。该技术成功通过了1000小时高温工作寿命(HTOL)认证，具有约110mV裕量。
# d: P$ A( n8 R1 k2 E

eiof4orzwbi6401669416.png

0 X% s2 p9 u) K6 b& X9 l% ?, A$ I图9：可靠性测试结果显示N2技术满足晶圆级可靠性要求并通过1000小时HTOL规范。

% O; A" J6 q( I# M( u8 LN2平台目前处于风险生产阶段，计划于2025年下半年开始量产。增强版本N2P在保持完全GDS兼容性的同时提供5%额外速度提升，计划于2025年完成认证，2026年实现量产。
# X  A' e4 I, G* s# `3 ]
参考文献
[1] G. Yeap et al., "2nm Platform Technology featuring Energy-efficient Nanosheet Transistors and Interconnects co-optimized with 3DIC for AI, HPC and Mobile SoC Applications," in 2024 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, CA, USA, 2024, pp. 1-4.
END
- {8 u5 i( _- C0 ]9 V9 |" z" f
软件申请我们欢迎化合物/硅基光电子芯片的研究人员和工程师申请体验免费版PIC Studio软件。无论是研究还是商业应用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
* T. l, d8 L) R3 F9 P  v0 {+ }) x点击左下角"阅读原文"马上申请
6 l0 a+ F4 i7 ~
& X% X' K" N6 Z  }1 r, |3 x欢迎转载
3 F% f! j: i* x) a  ]
转载请注明出处，请勿修改内容和删除作者信息！
% g, q- {# c2 X

/ `4 U& n" u" Y+ x
# S% I0 p/ t7 o! J9 |

akb0nibksii6401669516.gif

  _$ ]' ]: f/ ~  @
% J& H. Q# Y6 L$ u; ]3 d/ M2 J' r' R关注我们
7 \5 Z, v5 X* _- @6 z6 ~7 ^6 l

frskxzwqi5f6401669616.png

wtt1gxq4x5c6401669717.png 2 q% Z- O1 [- u* V9 Z/ T/ A  Z! E

a2ylh0alqh26401669817.png

                     
0 w9 \4 m! t; `. F5 k" w% _# q


关于我们：
1 e1 k! S. x; q6 K4 }/ k( d深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。

  A8 s- n$ z* B7 x- D* Rhttp://www.latitudeda.com/
（点击上方名片关注我们，发现更多精彩内容）