先进工艺向前发展，物理晶体管尺寸已经逼近极限。在这种情况下，依赖先进工艺的进步来提高产品性能的方式变得越来越昂贵，因此，业界开始向更多方向进行探索。从22nm工艺节点推出3D晶体管之后，芯片产业仿佛打通了任督二脉，Flash、封装、甚至NAND，都开始走向3D，芯片3D时代悄然已至。

1、迈出第一步的3D晶体管

晶体管是最早实现3D化的，毕竟按照摩尔定律，晶体管的数量与芯片性能息息相关，在平面晶体管时代，22nm基本就是大家公认的极限了，为了突破这个工艺极限，FinFET晶体管诞生了。

FinFET确切的说，是一个技术的代称。世界上第一个3D三维晶体管是由英特尔在2011年5月宣布研制成功，当时英特尔称其为 “Tri-Gate”（ 三栅极晶体管）。早在2002年，英特尔就已经提出了相关技术专利，花了将近10年完善，并在2011年年底用Tri-Gate技术量产22nm工艺的新一代处理器lvy Bridge，于2012年初正式发布。

之前人们都认为5nm将是FinFET的极限，但2020年台积电打破了这个瓶颈，其在2020年第一季的法人说明会上，透露了3nm将继续采取FinFET晶体管技术。而台积电3nm也预计将于今年下半年出货。不过，这个立体结构的微缩也非无极限，3nm似乎真的已经是极限了，从当前的消息来看，台积电到了2nm也将转采其他的技术，也就是下面要说到的GAA。

2、GAA FET 晶体管

GAA全称Gate-All-Around，是一种环绕式栅极晶体管技术，被认为是FinFET技术的升级版。与FinFET的不同之处在于，GAA通过使用纳米片设备制造出了MBC FET（多桥通道场效应管），其设计通道的四个面周围有栅极，减少漏电压并改善了对通道的控制，这是缩小工艺节点时的基本步骤。

三星自称在2002 年就对GAA 保持关注并投入研究，并于2019年宣布，将在3nm制程世代，改采GAA技术，作为FinFET之后的接班制程。根据三星的说法，与7nm制造工艺相比，3nm GAA技术的逻辑面积效率提高了45%以上，功耗降低了50%，性能提高了约35%。据悉，搭载此项技术的首批3nm三星芯片将于今年上半年实现量产。

3、冲向200层的3D Flash

从时间上看，第一个3D晶体管和第一代3D NAND闪存芯片推出的时间相差无几。2011年，英特尔推出世界上第一个3D三维晶体管，2012年三星推出第一代3D NAND闪存芯片，也是第一款32层 SLC V-NAND SSD——850 PRO。

闪存走向3D也是发展的必然趋势，毕竟这些年，我们的网络社交方式从文字到图片再到视频，数据量呈指数级增长，平面 NAND已达到其产能发展的极限，再发展下去只会影响其性能、耐用性和可靠性。为了能在有限的空间里存储更多的数据，也为了追求更高的存储密度，闪存工业也开始向3D迈进。

最开始是东芝在2008年开发了3D NAND结构BICS，4年后，三星在2012年推出了第一代3D NAND闪存芯片，随后，东芝、西部数据、美光等存储大厂接连跟上，拉开了3D NAND 层数之战的序幕。

4、火爆的3D封装

3D封装在前段时间也是狠狠火了一把，引爆点在于苹果在3月9日凌晨推出的M1 Ultral芯片，就是笔者在开头提到的那个拥有1140亿个晶体管的芯片，而该芯片采用的就是台积电的3D Wafer-on-Wafer封装技术。

随着芯片越来越复杂，芯片面积、良率和复杂工艺的矛盾难以调和，3D封装是发展的必然趋势。与传统的封装相比，3D封装技术有望提供更高的芯片连接性和更低的功耗。

一般来说，3D封装就是将一颗原来需要一次性流片的大芯片，改为若干颗小面积的芯片，采用引线键合、倒装芯片或二者混合的组装工艺，也可采用硅通孔技术进行互连，组装成一颗大芯片，从而实现大芯片的功能和性能，而这种小面积的芯片就是Chiplet。

从当前局势来看，各大IDM厂、晶圆代工厂、封测厂等头部企业都已积极布局3D封装。

5、掌握3D封装技术，对中国芯事业有什么好处？

众所周知，当下我国在中国芯的发展中，出现了一定程度上的难题，那就是美国修改规则，阿斯麦尔的EUV光刻机无法实现对我国的自由出货。这样一来，我国也仅仅只能生产一些中低端的国产芯。又要如何同国际社会中，那些高端芯片争衡呢？

如今，如果我国能够掌握这样先进的3D封装工艺，那么，即使只能生产中低端芯片。无疑也能增强这些芯片本身的性能，无疑也能增强中国芯的市场竞争力，对于我国的经济利益和市场影响而言，也是大有帮助的。

另外，我国如果真能掌握这个先进封装技术，那么，中国芯无疑又向实现独立自主大大迈进了一步，可以减轻外部的依赖，可以减少被卡脖子的威胁。对于我国在庞大芯片需求的当下，实现自给自足，实现科技发展，也未必没有可能。

如今，芯片的发展无疑已经进入了摩尔定律，那么，如今这样先进的封装工艺的诞生，是否有希望能助力全球突破摩尔定律的极限呢？

文章来源： 半导体行业观察，本地小助手