台积电先进制程N2与A16节点分析

逍遥设计自动化

引言

3 `0 P& ]6 E6 P: C* D在半导体行业的快速发展中，台积电(TSMC)持续推进其制程技术的创新。目前，N3制程已实现量产，而下一阶段的重点将聚焦在N2和A16这两个关键节点上。这两个新制程节点代表着台积电制程架构的重大转变，其中N2将采用GAA制程技术，而A16则会引入背面供电技术。让我们深入了解这些新制程架构的特点和挑战。
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N2制程：采用创新的Nanosheet架构
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& S& ]3 }5 m- H, oNanosheet制程的必要性
与传统的FinFET相比，Nanosheet结构具有更大的栅极与沟道接触面积，这使得其能够更有效地控制漏电流。随着电晶体尺寸继续缩小，采用Nanosheet制程成为了必然的技术选择。

制程复杂度的提升
, v# q- k8 ?  o- r9 HN2制程的一个显著特征是其制程步骤数量的大幅增加。相较于早期的500-1000道制程步骤，N2制程的步骤数已超过2000道。这种复杂度的提升主要体现在以下方面：

更多的外延生长和沉积步骤

对原子层沉积(ALD)技术的更高要求

更精密的检测和制程控制需求

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+ y6 s0 e1 M8 N1 [% n* {4 s未来发展趋势
3 ]1 ]6 S8 c; [4 b) d3 _( y; RN2制程相比N3在电晶体密度方面的提升约为15%，这表明其在线宽尺寸上的变化并不显著。目前的发展路线图显示：

第一代Nanosheet制程主要专注于架构转换

后续1.4nm或1.0nm节点将进一步微缩Nanosheet结构

制程控制和良率提升将成为竞争的关键
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& X! m+ l8 q' z; A' pA16制程：创新的背面供电技术
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- I1 P! i6 \" g背面供电技术的优势

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/ h- x  w# |6 K: M3 O6 w1 Q台积电的背面供电技术（称为"Super Power Rail"）通过从晶圆背面直接供电，大大缩短了供电路径，显著降低了能耗。这种创新设计与Intel的PowerVia方案有着明显的区别：
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台积电方案：直接从晶圆背面对电晶体供电

Intel方案：通过PowerVia连接Trench Contact，从侧面供电

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虽然Intel计划较早量产PowerVia，但台积电的A16方案（预计2026年下半年量产）在技术难度和效能方面都具有更大优势。
半导体先进制程的发展趋势

" z, J$ m' I+ S; ]0 r) w$ H; `随着制程进入2nm以下时代，行业面临的主要挑战和解决方案包括：

漏电流问题的解决：采用Nanosheet等新架构

能耗和发热问题的应对：引入背面供电技术

制程优化的持续进行：在复杂度、良率、性能和成本之间寻求最佳平衡
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技术创新不仅推动了半导体工业的发展，也为未来高性能计算提供了更好的解决方案。了解先进制程的发展对于把握半导体行业的未来走向具有重要意义。
: |, d6 Y5 p) C) G3 k) k 参考来源

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