最近,中國微電子所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心在下一代新型FinFET邏輯器件工藝研究上取得重要進(jìn)展。微電子所殷華湘研究員的課題組,利用低溫低阻NiPt硅化物在新型FOI FinFET上實(shí)現(xiàn)了全金屬化源漏(MSD),能顯著降低源漏寄生電阻,從而將N/PMOS器件性能提高大約30倍,使得驅(qū)動(dòng)性能達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
基于本研究成果的論文被2016年IEEE國際電子器件大會(huì)(IEDM)接收,并在IEDM的關(guān)鍵分會(huì)場(chǎng)之一——硅基先導(dǎo)CMOS 工藝和制造技術(shù)(PMT)上,由張青竹做了學(xué)術(shù)報(bào)告。
那么,這個(gè)新型FinFET邏輯器件工藝是干啥用的呢?通俗的說就是下一用來制造CPU等邏輯器件的工藝,舉例來說,現(xiàn)在14/16nm芯片大多采用FinFET工藝,而這個(gè)新型FinFET則是國內(nèi)對(duì)下一代工藝的有益探索。
| FinFET和SOI
在介紹微電子所開發(fā)出的新工藝之前,先介紹下FinFET和FD-SOI工藝。
FinFET 中的 Fin是指鰭式,F(xiàn)ET是指場(chǎng)效應(yīng)晶體管,合起來就是鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在FinFET問世前,一直在使用MOSFET,但由于當(dāng)柵長(zhǎng)小于20nm的情況下,源極和漏極過于接近且氧化物也愈薄,這很有可能會(huì)漏電現(xiàn)象。
因此,美國加州大學(xué)伯克萊分校胡正明、Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor 等三位教授發(fā)明了FinFET,把原本 2D 構(gòu)造的 MOSFET 改為 3D 的 FinFET,由于構(gòu)造很像魚鰭,也就得名“鰭式”。
2015年,胡正明教授憑借在FinFET上的貢獻(xiàn)榮獲美國年度國家技術(shù)和創(chuàng)新獎(jiǎng)。根據(jù)胡正明教授本人的介紹,F(xiàn)inFET實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)突破:一是把晶體做薄并解決了漏電問題,二是向上發(fā)展,晶片內(nèi)構(gòu)從水平變成垂直,也就是把2D的MOSFET 變?yōu)?3D 的 FinFET。
而這種做法有怎樣的效果呢?
臺(tái)積電就曾表示:16nm FinFET工藝能夠顯著改進(jìn)芯片性能、功耗,并降低漏電率,柵極密度是臺(tái)積電28nm HPM工藝的兩倍,同等功耗下速度可以加快超過40%,同頻率下功耗則可以降低超過60%。
值得一提的是,被三星挖走的前臺(tái)積電員工梁孟松的博士論文指導(dǎo)教授就是胡正明,想必這也是三星能夠在14nm FinFET上實(shí)現(xiàn)大躍進(jìn)的原因之一吧。
相對(duì)于在晶體管上做文章的FinFET,SOI工藝則著眼于晶片底襯。
SOI (Silicon-On-Insulator絕緣體上硅)是指絕緣層上的硅,是一種用于集成電路集成電路的供應(yīng)商制造的新型原材料。SOI技術(shù)作為一種全介質(zhì)隔離技術(shù),可以用來替代硅襯底。FD-SOI就是在襯底上做文章,在晶體管相同的情況下,采用FD-SOI技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在相同功耗下性能提高30%左右,或者在相同性能下,功耗降低30%左右。
根據(jù)格羅方德公布的數(shù)據(jù):
22nm FD-SOI工藝功耗比28nmHKMG降低了70%;
芯片面積比28nmBulk縮小了20%;
光刻層比FinFET工藝減少接近50%;
芯片成本比16/14nm低了20%。
如果格羅方德發(fā)布的數(shù)據(jù)屬實(shí),那么,22nm FD-SOI擁有堪比14/16nm FinFET的性能和功耗,但芯片的成本卻與28nm相當(dāng)。而且格羅方德還表示:若是將制程提升到14nm,相對(duì)于28nm SOI的會(huì)有35%的性能提升,功耗也會(huì)降到原來的一半。
另外,SOI還具有了較高的跨導(dǎo)、降低的寄生電容、減弱的短溝效應(yīng)、較為陡直的亞閾斜率,與體硅電路相比,SOI電路的抗輻照強(qiáng)度提高了100倍。在高溫環(huán)境下,SOI器件性能明顯優(yōu)于體硅器件。
那么,為何FinFET會(huì)成為主流,即便是掌握了22nm FD-SOI工藝的格羅方德還是購買了三星的14nm FinFET技術(shù)授權(quán)呢?
原因就在于采用SOI工藝成本較高,而且現(xiàn)階段Intel和臺(tái)積電在硅襯底上能夠做出滿足要求的芯片,所以依舊使用硅襯底,臺(tái)積電市場(chǎng)份額巨大,而Intel有最好的技術(shù),兩家選擇了FinFET,自然而然整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈就跟著走,SOI工藝也就只能在射頻和傳感器市場(chǎng)找存在感了。
評(píng)論
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