22nm之后:下一代電晶體競(jìng)賽開(kāi)跑
[導(dǎo)讀]在22nm，或許是16nm節(jié)點(diǎn)，我們將需要全新的電晶體。而在這其中，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于究竟該采用哪一種技術(shù)。這場(chǎng)比賽將關(guān)乎到電晶體的重新定義。在22/20nm邏輯制程的開(kāi)發(fā)中，業(yè)界都爭(zhēng)先恐后地推出各種新的電晶體技術(shù)。英特
在22nm，或許是16nm節(jié)點(diǎn)，我們將需要全新的電晶體。而在這其中，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于究竟該采用哪一種技術(shù)。這場(chǎng)比賽將關(guān)乎到電晶體的重新定義。在22/20nm邏輯制程的開(kāi)發(fā)中，業(yè)界都爭(zhēng)先恐后地推出各種新的電晶體技術(shù)。英特爾(Intel)三閘極(tri-gate)元件已取得重大進(jìn)展。許多研究人員也正努力推動(dòng) FinFET元件的研究工作。而包括ARM在內(nèi)的多個(gè)主要的歐洲組織，以及美國(guó)的Globalfoundries則專(zhuān)注于研發(fā)完全耗盡型SOI (fully-depleted SOI, FDSOI)技術(shù)。不過(guò)，最近新創(chuàng)業(yè)者SuVolta和富士通也提出了另外一種嶄新的選擇。
電晶體設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)所有下游的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)深遠(yuǎn)影響──從制程設(shè)計(jì)到實(shí)體設(shè)計(jì)都包括在內(nèi)，其涵蓋領(lǐng)域甚至包含了邏輯設(shè)計(jì)師在功率和時(shí)序收斂方面的權(quán)衡。
問(wèn)題在哪里？
為何制程工程師們痛下決心革新電晶體設(shè)計(jì)？最簡(jiǎn)單的回答是短通道效應(yīng)。不斷追逐摩爾定律(Moore’s Law)的結(jié)果是MOSFET通道長(zhǎng)度不斷縮減。這種收縮提高了電晶體密度，以及其他的固定因素和開(kāi)關(guān)速度等。但問(wèn)題是，縮短這些通道卻也帶來(lái)了諸多嚴(yán)重問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，我們可以簡(jiǎn)單地歸納為：當(dāng)漏極愈接近源極，閘極便愈來(lái)愈難以?shī)A止(pinch off)通道電流(圖1)。這將導(dǎo)致次閾值漏電流。
圖1：通道上的閘極控制可消除短通道效應(yīng)。
自90nm節(jié)點(diǎn)以來(lái)，這場(chǎng)對(duì)抗漏電流的戰(zhàn)役已經(jīng)持續(xù)許久。向全high-k/金屬閘極(HKMG)的轉(zhuǎn)移，讓閘極能在不讓漏電流失控的情況下更好地控制通道電流。但到了22nm節(jié)點(diǎn)，許多人認(rèn)為，平面MOSFET將輸?shù)暨@場(chǎng)戰(zhàn)役。目前還沒(méi)有辦法在足夠的性能條件下提供良好的漏電流控制?！癏KMG解決了閘極漏電流，”一位專(zhuān)家表示?！艾F(xiàn)在，我們必須解決通道漏電流了?！?br>
平面電晶體：又一次？
并非所有人都同意平面MOSFET將走入歷史。其中最主要的代表是臺(tái)積電(TSMC)，該公司2月起在20nm制程中采用平面電晶體。但此舉召來(lái)了許多強(qiáng)列反對(duì)，包括來(lái)自Globalfoundries的警告。設(shè)計(jì)人員對(duì)短通道平面MOSFET的所有缺點(diǎn)都已經(jīng)很熟悉了?？磥?lái)，重新調(diào)整單元庫(kù)和硬IP模組還比較干脆。漏電流和閾值的變異或許會(huì)比在28nm時(shí)更糟，但設(shè)計(jì)師們現(xiàn)在有了更多可用工具，包括改進(jìn)過(guò)的電源管理、變異容錯(cuò)電路，以及統(tǒng)計(jì)時(shí)序分析等，都可協(xié)助他們應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。而當(dāng)把所有問(wèn)題端上臺(tái)面時(shí)，代工廠必須知道，他們的主要客戶──FPGA供應(yīng)商、網(wǎng)路IC巨擘，甚至包括ARM在內(nèi)，會(huì)提出什么樣的問(wèn)題。
不過(guò)，仍有許多人持懷疑態(tài)度?！芭_(tái)積電表示會(huì)在20nm節(jié)點(diǎn)使用替換性金屬閘極(replacement-metal-gate)平面制程，”Novellus公司副總裁Girish Dixit觀察道，“但這個(gè)決定可能已經(jīng)改變。HKMG可以控制漏電流，但平面電晶體仍然具有I-on/I-off特征缺陷?！比襞_(tái)積電的早期采用者發(fā)現(xiàn)自己因?yàn)槠矫骐娋w而處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，他們可能會(huì)逼迫這家代工巨擘改采FinFET半節(jié)點(diǎn)。而這種對(duì)峙態(tài)勢(shì)也可能出現(xiàn)在行動(dòng)市場(chǎng)，在這個(gè)領(lǐng)域，ARM的無(wú)晶圓矽晶夥伴們將面臨來(lái)自英特爾采用最新22nm三閘極Atom處理器的競(jìng)爭(zhēng)。
Fin的崛起
有關(guān)下一代電晶體的爭(zhēng)論已經(jīng)持續(xù)了10年之久，但英特爾在五月宣布的22nm三閘極制程象徵著新電晶體技術(shù)的一大進(jìn)展。不過(guò)，英特爾的大動(dòng)作或許是為了回應(yīng)ARM在行動(dòng)領(lǐng)域的快速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，而非完全著重在原先對(duì)新電晶體技術(shù)的電路設(shè)計(jì)、大幅降低訊號(hào)雜訊的討論范疇之中。
英特爾三閘極元件是純粹而簡(jiǎn)單的FinFET。業(yè)界專(zhuān)家們并不認(rèn)為英特爾試圖營(yíng)造出顯著的差異化。業(yè)界已經(jīng)為新電晶體技術(shù)努力了10年之久，整個(gè)產(chǎn)業(yè)都致力解決短通道效應(yīng)，除了英特爾，IMEC也在開(kāi)發(fā)相同的技術(shù)?！斑@個(gè)產(chǎn)業(yè)中許多人都在開(kāi)發(fā)FinFET技術(shù)，”一位制程專(zhuān)家表示?！安煌氖?，他們選擇了先行發(fā)布?！?br>
事實(shí)上，包含F(xiàn)inFET在內(nèi)的所有下一代電晶體技術(shù)，都有一個(gè)共同的概念：全耗盡型通道。這個(gè)概念能在通道中賦予閘極更多在電場(chǎng)上的控制能力，讓閘極能完全耗盡通道載子。這當(dāng)然也消除了通道中的主要傳導(dǎo)機(jī)制，并有效地讓電晶體關(guān)閉。
FinFET解決方案的優(yōu)勢(shì)便在其通道，可以選擇矽表面或是絕緣氧化層，并在生成的fin上懸垂HKMG閘極堆疊。這些鰭狀(fin-shaped)通道非常薄(圖2)，而且可三面運(yùn)作，其閘極可成功地建構(gòu)一個(gè)完全阻塞通道的耗盡區(qū)。
FinFET元件為電路設(shè)計(jì)人員提供了自130nm以來(lái)他們便夢(mèng)寐以求的V-I曲線。但也同時(shí)帶來(lái)一些問(wèn)題。其中之一種是便是如何建構(gòu)這種元件。“要制造這些Fin結(jié)構(gòu)，并在后續(xù)的處理過(guò)程中維持它們是非常困難的任務(wù)，”應(yīng)用材料(Applied Materials)公司矽晶系統(tǒng)部門(mén)副總裁兼技術(shù)長(zhǎng)Klaus Schuegraf說(shuō)?！澳惚仨殞?duì)高聳結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行蝕刻，對(duì)復(fù)雜3D表面進(jìn)行均勻的摻雜，并在閘極堆疊中放置所有不同的薄膜，讓他們能完全符合這些fin的表面。這些需求都為材料和設(shè)備帶來(lái)了許多變化。光罩層的數(shù)量或許沒(méi)有太多改變，但制程步驟必然會(huì)增加許多?！?br>
圖2：Fin結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜和微妙。
Fin以及其他選擇
這也可能為晶片設(shè)計(jì)帶來(lái)一些問(wèn)題。Fin的寬度將是最小的制程尺寸。為了形成這些fin，雙重圖案(double-patterning)微影技術(shù)或許會(huì)成為必要方法之一。但雙重圖案將會(huì)施加“非常嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則，”Schuegraf說(shuō)。英特爾元件研究總監(jiān)Mike Mayberry則表示：“大多數(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)則是微影為主。一旦你能在22nm進(jìn)行表征，一部份規(guī)則是具體針對(duì)三閘極結(jié)構(gòu)的。”
FinFET也將改變電路設(shè)計(jì)。其中最明顯的一點(diǎn)，是你無(wú)法改變fin的寬度或高度以增加驅(qū)動(dòng)電流?！懊總€(gè)fin都是一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的量級(jí)，”Mayberry說(shuō)。fin的高度取決于拋光步驟，因此它是不變的。但fin的寬度則相當(dāng)不靈活。
Dixit表示，這不僅是由于微影技術(shù)的限制，主要是因?yàn)橐坏┠銓in拉大，閾值電壓便會(huì)開(kāi)始滾降。若想擴(kuò)大fin以獲得更多的驅(qū)動(dòng)電流，你很可能一不小心就改變閾值電壓。順道一提，這也意味著在最小幾何圖形上的任何線寬變異，就像是任何在fin形成期間的polish depth變化，都可能在電晶體級(jí)轉(zhuǎn)化為閾值變化。
為了獲得更大電流，你得將更多fin平行放置。當(dāng)然，只能藉由固定增量來(lái)改變驅(qū)動(dòng)電流將對(duì)電路設(shè)計(jì)者帶來(lái)新的局限，特別是在客制化類(lèi)比設(shè)計(jì)領(lǐng)域。但英特爾并不擔(dān)心這一點(diǎn)。“我們已經(jīng)建構(gòu)了廣泛用于開(kāi)關(guān)和放大器應(yīng)用的三閘極電路藍(lán)本，我們相信，需要修改的電路設(shè)計(jì)不會(huì)太多，”Mayberry說(shuō)。但其他人就沒(méi)那么樂(lè)觀了?！搬槍?duì)更大電流，你必須平行放置這些fin，”IMEC業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)執(zhí)行副總裁Ludo Deferm說(shuō)?！暗@需要電晶體之間的互連，而且，在高頻應(yīng)用中，互連阻抗將成為影響電路性能的因素。”[!--empirenews.page--]
另一種完全耗盡方法
完全耗盡型SOI (FDSOI)的支持者認(rèn)為，他們完全可以提供finFET的V-I特征。或許，更關(guān)鍵的重點(diǎn)在于閾值電壓控制。由于FDSOI的通道是未摻雜的，因此不會(huì)有因通道摻雜而引閾值變異的問(wèn)題──這是在平面和fin元件中因摻雜原子進(jìn)入通道所引發(fā)的主要問(wèn)題。此外，在制程中提供多個(gè)閾值電壓也是一大問(wèn)題。平面和fet會(huì)因?yàn)閾诫s程度變化而改變閾值電壓。不過(guò)，Leti實(shí)驗(yàn)室主管Olivier Faynot指出，F(xiàn)DSOI可透過(guò)超薄埋入氧化層對(duì)通道底部施加偏置電壓，來(lái)動(dòng)態(tài)地控制閾值電壓。
但FDSOI仍然面臨挑戰(zhàn)。首先，F(xiàn)DSOI晶圓比傳統(tǒng)晶圓更加昂貴。不過(guò)，稍早前晶圓供應(yīng)商Soitec引用分析公司IC Knowledge的報(bào)告，指出由于可在FDSOI晶圓上大幅簡(jiǎn)化提供多閾值電壓的處理程序，因此在22/20nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)DSOI的晶圓成本不會(huì)比平面或FinFET制程來(lái)得高。
其次是風(fēng)險(xiǎn)性。Soitec公司是唯一的FDSOI晶圓供貨來(lái)源，要建構(gòu)這種晶圓，需要該公司的氧化沉積、晶圓切割和原子級(jí)精密度的拋光步驟。第三是這個(gè)業(yè)界的慣性。許多資深的決策者并不會(huì)考慮SOI。不過(guò)，這個(gè)產(chǎn)業(yè)仍有許多公司不斷推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。包括透過(guò)Globalfoundries持續(xù)與該技術(shù)接軌的AMD、IBM以及ST等，都致力于在22nm節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)FDSOI技術(shù)。事實(shí)上，Globalfoundries過(guò)去并未積極對(duì)其客戶推動(dòng)其SOI技術(shù)，但很可能將FDSOI作為對(duì)抗來(lái)自英特爾和臺(tái)積電的王牌。
不過(guò)，該領(lǐng)域最近也加入新的角逐者。新創(chuàng)業(yè)者SuVolta最近公布一項(xiàng)技術(shù)，使用沉積制程在傳統(tǒng)塊狀平面MOSFET通道下建構(gòu)埋入式接面。將這個(gè)接面反向偏置即可建構(gòu)出一個(gè)通道下的耗盡區(qū)，能有效地模仿FDSOI的埋入氧化層，薄化通道的活動(dòng)區(qū)域，直到閘極幾乎耗盡。
SuVolta的技術(shù)相當(dāng)有趣，但尚未廣為人知。不過(guò)，該公司的技術(shù)可能會(huì)成為一些較小型晶圓廠的選擇。以富士通為例，這家公司并未挹注資金在FinFET的技術(shù)競(jìng)賽中，而且也不打算為FDSOI晶圓支付額外的初始成本。
因此，目前在下一代電晶體的競(jìng)爭(zhēng)中，可看到臺(tái)積電正致力于提供20nm平面制程。不過(guò)，臺(tái)積電可能很快進(jìn)行調(diào)整，在推出16nm制程前針對(duì)行動(dòng)應(yīng)用提供FinFET選項(xiàng)。英特爾仍持續(xù)專(zhuān)注在其FinFET上。IBM和Globalfoundries以及ST可能會(huì)在22nm使用FDSOI。富士通可能持續(xù)與SuVolta共同發(fā)展其技術(shù)。而其他業(yè)者的下一步，則將取決于其客戶需求。如果說(shuō)28nm有帶來(lái)什么啟示，那就是新制程不一定都會(huì)運(yùn)作得很順暢。
編譯： Joy Teng
(參考原文： The next transistor: planar, fins, and SoI at 22nm，by Ron Wilson)
電晶體設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)所有下游的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)深遠(yuǎn)影響──從制程設(shè)計(jì)到實(shí)體設(shè)計(jì)都包括在內(nèi)，其涵蓋領(lǐng)域甚至包含了邏輯設(shè)計(jì)師在功率和時(shí)序收斂方面的權(quán)衡。
問(wèn)題在哪里？
為何制程工程師們痛下決心革新電晶體設(shè)計(jì)？最簡(jiǎn)單的回答是短通道效應(yīng)。不斷追逐摩爾定律(Moore’s Law)的結(jié)果是MOSFET通道長(zhǎng)度不斷縮減。這種收縮提高了電晶體密度，以及其他的固定因素和開(kāi)關(guān)速度等。但問(wèn)題是，縮短這些通道卻也帶來(lái)了諸多嚴(yán)重問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，我們可以簡(jiǎn)單地歸納為：當(dāng)漏極愈接近源極，閘極便愈來(lái)愈難以?shī)A止(pinch off)通道電流(圖1)。這將導(dǎo)致次閾值漏電流。
圖1：通道上的閘極控制可消除短通道效應(yīng)。
自90nm節(jié)點(diǎn)以來(lái)，這場(chǎng)對(duì)抗漏電流的戰(zhàn)役已經(jīng)持續(xù)許久。向全high-k/金屬閘極(HKMG)的轉(zhuǎn)移，讓閘極能在不讓漏電流失控的情況下更好地控制通道電流。但到了22nm節(jié)點(diǎn)，許多人認(rèn)為，平面MOSFET將輸?shù)暨@場(chǎng)戰(zhàn)役。目前還沒(méi)有辦法在足夠的性能條件下提供良好的漏電流控制?！癏KMG解決了閘極漏電流，”一位專(zhuān)家表示?！艾F(xiàn)在，我們必須解決通道漏電流了?！?br>
平面電晶體：又一次？
并非所有人都同意平面MOSFET將走入歷史。其中最主要的代表是臺(tái)積電(TSMC)，該公司2月起在20nm制程中采用平面電晶體。但此舉召來(lái)了許多強(qiáng)列反對(duì)，包括來(lái)自Globalfoundries的警告。設(shè)計(jì)人員對(duì)短通道平面MOSFET的所有缺點(diǎn)都已經(jīng)很熟悉了?？磥?lái)，重新調(diào)整單元庫(kù)和硬IP模組還比較干脆。漏電流和閾值的變異或許會(huì)比在28nm時(shí)更糟，但設(shè)計(jì)師們現(xiàn)在有了更多可用工具，包括改進(jìn)過(guò)的電源管理、變異容錯(cuò)電路，以及統(tǒng)計(jì)時(shí)序分析等，都可協(xié)助他們應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。而當(dāng)把所有問(wèn)題端上臺(tái)面時(shí)，代工廠必須知道，他們的主要客戶──FPGA供應(yīng)商、網(wǎng)路IC巨擘，甚至包括ARM在內(nèi)，會(huì)提出什么樣的問(wèn)題。
不過(guò)，仍有許多人持懷疑態(tài)度?！芭_(tái)積電表示會(huì)在20nm節(jié)點(diǎn)使用替換性金屬閘極(replacement-metal-gate)平面制程，”Novellus公司副總裁Girish Dixit觀察道，“但這個(gè)決定可能已經(jīng)改變。HKMG可以控制漏電流，但平面電晶體仍然具有I-on/I-off特征缺陷?！比襞_(tái)積電的早期采用者發(fā)現(xiàn)自己因?yàn)槠矫骐娋w而處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，他們可能會(huì)逼迫這家代工巨擘改采FinFET半節(jié)點(diǎn)。而這種對(duì)峙態(tài)勢(shì)也可能出現(xiàn)在行動(dòng)市場(chǎng)，在這個(gè)領(lǐng)域，ARM的無(wú)晶圓矽晶夥伴們將面臨來(lái)自英特爾采用最新22nm三閘極Atom處理器的競(jìng)爭(zhēng)。
Fin的崛起
有關(guān)下一代電晶體的爭(zhēng)論已經(jīng)持續(xù)了10年之久，但英特爾在五月宣布的22nm三閘極制程象徵著新電晶體技術(shù)的一大進(jìn)展。不過(guò)，英特爾的大動(dòng)作或許是為了回應(yīng)ARM在行動(dòng)領(lǐng)域的快速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，而非完全著重在原先對(duì)新電晶體技術(shù)的電路設(shè)計(jì)、大幅降低訊號(hào)雜訊的討論范疇之中。
英特爾三閘極元件是純粹而簡(jiǎn)單的FinFET。業(yè)界專(zhuān)家們并不認(rèn)為英特爾試圖營(yíng)造出顯著的差異化。業(yè)界已經(jīng)為新電晶體技術(shù)努力了10年之久，整個(gè)產(chǎn)業(yè)都致力解決短通道效應(yīng)，除了英特爾，IMEC也在開(kāi)發(fā)相同的技術(shù)?！斑@個(gè)產(chǎn)業(yè)中許多人都在開(kāi)發(fā)FinFET技術(shù)，”一位制程專(zhuān)家表示?！安煌氖?，他們選擇了先行發(fā)布?！?br>
事實(shí)上，包含F(xiàn)inFET在內(nèi)的所有下一代電晶體技術(shù)，都有一個(gè)共同的概念：全耗盡型通道。這個(gè)概念能在通道中賦予閘極更多在電場(chǎng)上的控制能力，讓閘極能完全耗盡通道載子。這當(dāng)然也消除了通道中的主要傳導(dǎo)機(jī)制，并有效地讓電晶體關(guān)閉。
FinFET解決方案的優(yōu)勢(shì)便在其通道，可以選擇矽表面或是絕緣氧化層，并在生成的fin上懸垂HKMG閘極堆疊。這些鰭狀(fin-shaped)通道非常薄(圖2)，而且可三面運(yùn)作，其閘極可成功地建構(gòu)一個(gè)完全阻塞通道的耗盡區(qū)。
FinFET元件為電路設(shè)計(jì)人員提供了自130nm以來(lái)他們便夢(mèng)寐以求的V-I曲線。但也同時(shí)帶來(lái)一些問(wèn)題。其中之一種是便是如何建構(gòu)這種元件。“要制造這些Fin結(jié)構(gòu)，并在后續(xù)的處理過(guò)程中維持它們是非常困難的任務(wù)，”應(yīng)用材料(Applied Materials)公司矽晶系統(tǒng)部門(mén)副總裁兼技術(shù)長(zhǎng)Klaus Schuegraf說(shuō)?！澳惚仨殞?duì)高聳結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行蝕刻，對(duì)復(fù)雜3D表面進(jìn)行均勻的摻雜，并在閘極堆疊中放置所有不同的薄膜，讓他們能完全符合這些fin的表面。這些需求都為材料和設(shè)備帶來(lái)了許多變化。光罩層的數(shù)量或許沒(méi)有太多改變，但制程步驟必然會(huì)增加許多?！?br>
圖2：Fin結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜和微妙。
Fin以及其他選擇
這也可能為晶片設(shè)計(jì)帶來(lái)一些問(wèn)題。Fin的寬度將是最小的制程尺寸。為了形成這些fin，雙重圖案(double-patterning)微影技術(shù)或許會(huì)成為必要方法之一。但雙重圖案將會(huì)施加“非常嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則，”Schuegraf說(shuō)。英特爾元件研究總監(jiān)Mike Mayberry則表示：“大多數(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)則是微影為主。一旦你能在22nm進(jìn)行表征，一部份規(guī)則是具體針對(duì)三閘極結(jié)構(gòu)的。”
FinFET也將改變電路設(shè)計(jì)。其中最明顯的一點(diǎn)，是你無(wú)法改變fin的寬度或高度以增加驅(qū)動(dòng)電流?！懊總€(gè)fin都是一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的量級(jí)，”Mayberry說(shuō)。fin的高度取決于拋光步驟，因此它是不變的。但fin的寬度則相當(dāng)不靈活。
Dixit表示，這不僅是由于微影技術(shù)的限制，主要是因?yàn)橐坏┠銓in拉大，閾值電壓便會(huì)開(kāi)始滾降。若想擴(kuò)大fin以獲得更多的驅(qū)動(dòng)電流，你很可能一不小心就改變閾值電壓。順道一提，這也意味著在最小幾何圖形上的任何線寬變異，就像是任何在fin形成期間的polish depth變化，都可能在電晶體級(jí)轉(zhuǎn)化為閾值變化。
為了獲得更大電流，你得將更多fin平行放置。當(dāng)然，只能藉由固定增量來(lái)改變驅(qū)動(dòng)電流將對(duì)電路設(shè)計(jì)者帶來(lái)新的局限，特別是在客制化類(lèi)比設(shè)計(jì)領(lǐng)域。但英特爾并不擔(dān)心這一點(diǎn)。“我們已經(jīng)建構(gòu)了廣泛用于開(kāi)關(guān)和放大器應(yīng)用的三閘極電路藍(lán)本，我們相信，需要修改的電路設(shè)計(jì)不會(huì)太多，”Mayberry說(shuō)。但其他人就沒(méi)那么樂(lè)觀了?！搬槍?duì)更大電流，你必須平行放置這些fin，”IMEC業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)執(zhí)行副總裁Ludo Deferm說(shuō)?！暗@需要電晶體之間的互連，而且，在高頻應(yīng)用中，互連阻抗將成為影響電路性能的因素。”[!--empirenews.page--]
另一種完全耗盡方法
完全耗盡型SOI (FDSOI)的支持者認(rèn)為，他們完全可以提供finFET的V-I特征。或許，更關(guān)鍵的重點(diǎn)在于閾值電壓控制。由于FDSOI的通道是未摻雜的，因此不會(huì)有因通道摻雜而引閾值變異的問(wèn)題──這是在平面和fin元件中因摻雜原子進(jìn)入通道所引發(fā)的主要問(wèn)題。此外，在制程中提供多個(gè)閾值電壓也是一大問(wèn)題。平面和fet會(huì)因?yàn)閾诫s程度變化而改變閾值電壓。不過(guò)，Leti實(shí)驗(yàn)室主管Olivier Faynot指出，F(xiàn)DSOI可透過(guò)超薄埋入氧化層對(duì)通道底部施加偏置電壓，來(lái)動(dòng)態(tài)地控制閾值電壓。
但FDSOI仍然面臨挑戰(zhàn)。首先，F(xiàn)DSOI晶圓比傳統(tǒng)晶圓更加昂貴。不過(guò)，稍早前晶圓供應(yīng)商Soitec引用分析公司IC Knowledge的報(bào)告，指出由于可在FDSOI晶圓上大幅簡(jiǎn)化提供多閾值電壓的處理程序，因此在22/20nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)DSOI的晶圓成本不會(huì)比平面或FinFET制程來(lái)得高。
其次是風(fēng)險(xiǎn)性。Soitec公司是唯一的FDSOI晶圓供貨來(lái)源，要建構(gòu)這種晶圓，需要該公司的氧化沉積、晶圓切割和原子級(jí)精密度的拋光步驟。第三是這個(gè)業(yè)界的慣性。許多資深的決策者并不會(huì)考慮SOI。不過(guò)，這個(gè)產(chǎn)業(yè)仍有許多公司不斷推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。包括透過(guò)Globalfoundries持續(xù)與該技術(shù)接軌的AMD、IBM以及ST等，都致力于在22nm節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)FDSOI技術(shù)。事實(shí)上，Globalfoundries過(guò)去并未積極對(duì)其客戶推動(dòng)其SOI技術(shù)，但很可能將FDSOI作為對(duì)抗來(lái)自英特爾和臺(tái)積電的王牌。
不過(guò)，該領(lǐng)域最近也加入新的角逐者。新創(chuàng)業(yè)者SuVolta最近公布一項(xiàng)技術(shù)，使用沉積制程在傳統(tǒng)塊狀平面MOSFET通道下建構(gòu)埋入式接面。將這個(gè)接面反向偏置即可建構(gòu)出一個(gè)通道下的耗盡區(qū)，能有效地模仿FDSOI的埋入氧化層，薄化通道的活動(dòng)區(qū)域，直到閘極幾乎耗盡。
SuVolta的技術(shù)相當(dāng)有趣，但尚未廣為人知。不過(guò)，該公司的技術(shù)可能會(huì)成為一些較小型晶圓廠的選擇。以富士通為例，這家公司并未挹注資金在FinFET的技術(shù)競(jìng)賽中，而且也不打算為FDSOI晶圓支付額外的初始成本。
因此，目前在下一代電晶體的競(jìng)爭(zhēng)中，可看到臺(tái)積電正致力于提供20nm平面制程。不過(guò)，臺(tái)積電可能很快進(jìn)行調(diào)整，在推出16nm制程前針對(duì)行動(dòng)應(yīng)用提供FinFET選項(xiàng)。英特爾仍持續(xù)專(zhuān)注在其FinFET上。IBM和Globalfoundries以及ST可能會(huì)在22nm使用FDSOI。富士通可能持續(xù)與SuVolta共同發(fā)展其技術(shù)。而其他業(yè)者的下一步，則將取決于其客戶需求。如果說(shuō)28nm有帶來(lái)什么啟示，那就是新制程不一定都會(huì)運(yùn)作得很順暢。
編譯： Joy Teng
(參考原文： The next transistor: planar, fins, and SoI at 22nm，by Ron Wilson)
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