在半导体技术快速发展的今天，很容易被最先进的制程节点所吸引。然而，成熟的制程节点在行业中持续发挥着关键作用，为各种应用和设备提供动力。本文探讨了传统节点的重要性、经济影响以及在当今技术格局中的持久相关性。半导体制造技术自微米时代以来取得了长足进步。随着进入纳米级别，几项重大变革塑造了行业发展：
图1：硅加工技术的演变，显示了关键里程碑，如向更大晶圆的过渡、高k金属栅极的引入、计算光刻技术、多重曝光、极紫外光刻（EUV）和环绕栅极（GAA）晶体管的应用[1]
1.在130纳米和90纳米节点之间，晶圆从200毫米转变为300毫米，提高了成本效率。2.大约在45纳米节点，计算光刻技术变得必不可少，以确保清晰的特征印刷。3.引入了高k介电质和金属栅极，防止栅极氧化层变得过薄。4.多重曝光技术，如双重和四重曝光，在NAND闪存的30纳米和数字逻辑的20纳米节点变得必不可少。5.鳍式场效应晶体管（FinFET）首次在22纳米节点采用，并在14纳米节点成为主流。6.极紫外光刻技术（EUV）从7纳米节点开始使用，并在5纳米节点成为必需。历史上，每个新的制程节点都会带来20-25%的每颗芯片制造成本降低。然而，这一趋势在20纳米节点左右开始发生变化。Synopsys的首席产品经理Andrew Appleby解释说：“在鳍式场效应晶体管时代，每一代技术进步所需的特殊制程要求都增加了显著的成本和复杂性。”结果是出现了一个新的经济现实，即先进节点不再自动转化为成本节约。这种转变在行业中造成了一种分化：- 高性能、高成本芯片：英特尔、三星和英伟达等公司继续推动节点技术的发展，因为产品可以获得高价格。
- 对成本敏感的应用：许多公司和产品由于经济因素而停留在较旧的节点上。
这种分化导致设计开始集中在某些节点上，特别是28纳米左右，这代表了平面技术过渡到更昂贵的鳍式场效应晶体管设计之前的最后一代。先进节点具有吸引力，但成熟的制程技术由于以下原因继续蓬勃发展：- 成本效益：较旧的节点通常使用已完全折旧的设备，使芯片生产利润很高。
- 模拟和混合信号兼容性：这些类型的线路在成熟节点上表现往往更好。
- 汽车和物联网应用：许多这些设备由于成本考虑和电压要求使用较旧的节点。
Tignis公司营销副总裁David Park指出：“除了英特尔或内存制造商外，选择任何集成器件制造商（IDM），许多仍在130纳米及以上节点进行制造。某些部件根本不需要在更小的节点上制造。”- 电源管理集成电路（PMICs）：通常使用180纳米或130纳米节点，更先进的设计正在向90纳米、55纳米和40纳米移动。
- 传感器：通常在180纳米和150纳米节点上找到，而集成微控制器的智能传感器正在向65纳米或40纳米移动。
- 物联网设备：由于成本考虑，大多数仍停留在40纳米和22纳米节点。
- 模拟和混合信号芯片：55纳米被认为是最佳选择，纯模拟设计停留在180纳米和150纳米。
Chiplet技术的出现正在影响节点选择。理论上，Chiplet允许公司仅将先进节点用于真正需要的组件，而将其他部分保留在成熟节点上。然而，目前先进封装解决方案的高成本意味着Chiplet对许多应用来说还不具有成本效益。晶圆厂正在积极努力延长成熟节点的寿命。例如，联华电子（UMC）将22/28纳米节点作为主要节点。其他晶圆厂正在实施改进，以吸引新的设计到较旧的制程，例如：随着行业继续发展，可能会看到一种"雪犁效应"，即设计积累在某些节点上，特别是28纳米左右。12纳米到2纳米之间的节点可能会看到设计开始减少，因为采用成本障碍变得越来越显著。然而，这并不意味着成熟节点将变得过时。正如Synopsys的Appleby指出：“处于尖锐转折点的技术，如平面节点的最后一代，保证了长寿命，因为对于许多不需要下一个节点的产品类别，提供了最佳功能集。”半导体行业将继续推动先进节点的可能性边界，但成熟制程技术的重要性不容忽视。这些传统节点提供了成本效益、性能和多功能性的关键平衡，使其对广泛的应用不可或缺。展望未来，半导体格局可能将继续以多样化的制程节点生态系统为特征，每个节点在我们日益互联的世界中服务于特定的需求和应用。B. Moyer, "Legacy Process Nodes Going Strong," Semiconductor Engineering, Jul. 23, 2024.
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