英特爾列出集成電路工藝節(jié)點(diǎn)縮小的五個(gè)挑戰(zhàn)

芯片尺寸將會(huì)在未來(lái)幾年持續(xù)減小，但芯片制造商會(huì)面臨一系列挑戰(zhàn)。

在國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）上，英特爾的高級(jí)技術(shù)專家，工藝架構(gòu)和集成總監(jiān)Mark Bohr指出了挑戰(zhàn)和有潛力的挑戰(zhàn)方案，Bohr列出了32nm和之下工藝節(jié)點(diǎn)的五個(gè)主要的障礙，或挑戰(zhàn)。

1. 光刻

問(wèn)題：光波長(zhǎng)縮短的速度跟不上集成電路規(guī)?？s小速度

目前的解決方案：“分辨率增強(qiáng)（Resolution-enhancement）技術(shù)，比如光學(xué)鄰近校正、相移光刻掩模和沉浸式光刻技術(shù)，在32nm節(jié)點(diǎn)得到了采用。但即使采用了這些增強(qiáng)技術(shù)，布線約束，比如單向性特性，刪格布線和約束線加上空間整合也不得不被逐漸的采用?！?/p>

未來(lái)的解決方案：“雙圖案微影（Double-patterning）技術(shù)和計(jì)算光刻( computational lithography)也可以得到選用來(lái)應(yīng)對(duì)22nm甚至是16nm工藝，最后采用深紫外光（EUV）光刻可以提供顯著的光波長(zhǎng)縮短和分辨率增強(qiáng)。”

2. 晶體管

問(wèn)題：柵氧化層泄漏(gate oxide leakage)在2000早期就阻止了傳統(tǒng)的工藝縮小。

目前的解決方案：“當(dāng)傳統(tǒng)縮小規(guī)模的方法失去效用時(shí)，high-k介質(zhì)和金屬柵極的采用顯著增強(qiáng)了MOSFET的密度、性能和功耗效率，并提供了持續(xù)的進(jìn)展。”

未來(lái)的解決方案：“基板工程學(xué)（Substrate engineering）讓晶圓中的P溝道遷移率得以增強(qiáng)，但對(duì)n溝道不起作用。多柵極晶體管，比如FinFET、Tri-Gate和Gate-All-Around器件改善了靜電和steeper sub-threshold slopes，但在寄生電容和寄生電阻方面會(huì)受苦頭。”

“III-IV溝道材料，如Insb、InGaAs和InAs對(duì)于在低操作電壓下提升開關(guān)速度很有好處，因?yàn)樵黾恿诉w移率，但在可操作的CMOS解決方案實(shí)現(xiàn)之前還是有很多挑戰(zhàn)?！?/p>

3. 互連

問(wèn)題：需要新的方案來(lái)減緩電阻系數(shù)和其他問(wèn)題。

目前的解決方案：目前的工藝采用銅材料進(jìn)行互連，低k和其他技術(shù)讓每一代達(dá)到0.7倍的規(guī)?？s小。

未來(lái)的解決方案：“3D芯片堆棧和TSV（through-silicon vias穿透硅互連）技術(shù)提供了更高的芯片-芯片互連密度，3D芯片堆棧的缺點(diǎn)是增加了采用TSV的成本，而因?yàn)楣杵杏写┛锥チ艘欢ǖ墓杳娣e，且電源傳輸和散熱也是挑戰(zhàn)?！?/p>

“如果可以開發(fā)出具備成本效益的方案來(lái)在硅技術(shù)中集成光子學(xué)技術(shù)，光學(xué)互連可以解決帶寬瓶頸。在芯片間采用光連接也許還很遙遠(yuǎn)，因?yàn)樵谶@種尺寸上集成光收發(fā)器和互連接口非常困難?！?/p>

4. 嵌入存儲(chǔ)器

問(wèn)題：在如今的設(shè)計(jì)中需要比SRAM密度更高的存儲(chǔ)器件。

目前的解決方案：傳統(tǒng)的6T SRAM在目前的處理器和其他產(chǎn)品中得到采用。

未來(lái)的解決方案：“除了傳統(tǒng)的DRAM、eDRAM和flash，浮體單元（floating-body cell）、相變（phase-change）存儲(chǔ)器和seek-and-scan probe存儲(chǔ)器都能提供比6T SRAM更高的存儲(chǔ)密度，但在不進(jìn)行其他折衷的情況下載單晶圓邏輯工藝上集成新的存儲(chǔ)技術(shù)會(huì)比較困難?！?

5．系統(tǒng)集成

問(wèn)題：通過(guò)簡(jiǎn)單的采用可能實(shí)現(xiàn)的更小的晶體管來(lái)制造更為復(fù)雜的系統(tǒng)元器件還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

目前的解決方案：“新一代的處理器技術(shù)提供更佳的功率效益、電源管理、并行處理、集成外圍電路和SoC特性，提供多內(nèi)核和多功能特性?！?

未來(lái)的解決方案：“我們?cè)谒伎荚陔娮邮澜邕M(jìn)行更高集成的最好的途徑，也許我們會(huì)從大自然中得到啟示（比如人類大腦）?！?/p>