ISSCC：平面型體硅技術(shù)仍將是22/20nm節(jié)點(diǎn)主流
[導(dǎo)讀]經(jīng)過一輪唇槍舌劍之后，大牌芯片廠商們終于對(duì)邏輯芯片產(chǎn)品22/20nm節(jié)點(diǎn)制程的有關(guān)問題達(dá)成了較為一致的意見。在剛剛舉行的2011年國際固態(tài)電路會(huì)議 (ISSCC2011)上，IBM,臺(tái)積電，Globalfoundries等廠商均表示將繼續(xù)在22
經(jīng)過一輪唇槍舌劍之后，大牌芯片廠商們終于對(duì)邏輯芯片產(chǎn)品22/20nm節(jié)點(diǎn)制程的有關(guān)問題達(dá)成了較為一致的意見。在剛剛舉行的2011年國際固態(tài)電路會(huì)議 (ISSCC2011)上，IBM,臺(tái)積電，Globalfoundries等廠商均表示將繼續(xù)在22/20nm節(jié)點(diǎn)制程應(yīng)用平面結(jié)構(gòu)的體硅晶體管工藝。 換句話說，在22/20nm制程節(jié)點(diǎn)，沒有哪一家代工大廠會(huì)大規(guī)模采用FinFET，全耗盡型SOI(FDSOI)或者多柵型晶體管。不過固態(tài)電路協(xié)會(huì)的 另外一位重要成員Intel則繼續(xù)保持沉默，對(duì)其22/20nm節(jié)點(diǎn)計(jì)劃采用哪種技術(shù)守口如瓶。
不過，這次會(huì)議依然給我們帶來了一些驚喜。比如所有的廠商均認(rèn)同在22/20nm節(jié)點(diǎn)會(huì)啟用銅互聯(lián)層，超低介電常數(shù)互聯(lián)層電介質(zhì)(Low-k)以及HKMG柵這三種技術(shù)。另外，光刻技術(shù)方面，22/20nm節(jié)點(diǎn)主要幾家芯片廠商也將繼續(xù)使用基于193nm液浸式光刻系統(tǒng)的雙重成像(double patterning)技術(shù)。
之所以繼續(xù)使用193nm液浸式光刻系統(tǒng)，是由于廠商們預(yù)計(jì)極紫外光刻(EUV)系統(tǒng)在各廠商準(zhǔn)備轉(zhuǎn)向22/20nm節(jié)點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)時(shí)發(fā)展的還不夠成熟.荷蘭ASML公司最近才剛剛賣出了一臺(tái)試產(chǎn)型的EUV光刻機(jī)，據(jù)稱這臺(tái)光刻機(jī)的買主是三星公司。EUV光刻機(jī)的產(chǎn)出量仍然很低，而且設(shè)備的售價(jià)也是天文級(jí)數(shù)字。
Intel高管Mark Bohr在一次訪談中曾表示：“EUV技術(shù)還在發(fā)展進(jìn)步，所以現(xiàn)在還沒到它發(fā)威的時(shí)候?！?br>
毫無疑問，將邏輯芯片的制程推進(jìn)到22/20nm節(jié)點(diǎn)是一個(gè)挑戰(zhàn)。除了需要解決光刻技術(shù)，high-k絕緣層技術(shù)，功耗等方面的技術(shù)問題之外，成本控制和器件的性能一致性也是需要解決的問題。
Bohr認(rèn)為，原本分離開的芯片設(shè)計(jì)和芯片制造團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在必須更緊密地合作，必須抱有“共同改進(jìn)”的理念，而這種理念必須在研發(fā)的早期階段便開始貫徹執(zhí)行。
現(xiàn)在Globalfoundries, IBM, Intel，臺(tái)積電還有三星總算透出了一點(diǎn)有關(guān)22/20nm制程的口風(fēng).目前，高端芯片廠商制作32/28nm制程產(chǎn)品所用的晶體管結(jié)構(gòu)技術(shù)仍然基于傳統(tǒng)的體硅和平面型晶體管技術(shù)，這種技術(shù)已經(jīng)被廠商使用了多年，大家對(duì)這種技術(shù)都非常了解，而且使用這種技術(shù)制造產(chǎn)品的成本和風(fēng)險(xiǎn)也最小。
不過有人認(rèn)為要進(jìn)步到22nm乃至16nm節(jié)點(diǎn)，就必須拋棄這種傳統(tǒng)的技術(shù)，而其可能的繼任者則人選頗多，包括FDSOI,FinFET，多柵晶體管，III-V族溝道材料晶體管等等。部分廠商則正在竭力推進(jìn)其中的一種技術(shù)，期望能在下一代晶體管技術(shù)的競賽中取得先機(jī)，比如不久前SOI技術(shù)聯(lián)盟便宣稱已經(jīng)在全耗盡型晶體管(FDSOI)技術(shù)方面取得了更多進(jìn)展。該聯(lián)盟的成員包括ARM,IBM,意法半導(dǎo)體，法國Soitec和CEA-Leti等，他們宣稱這項(xiàng)技術(shù)可以用在20nm及更高級(jí)節(jié)點(diǎn)制程的移動(dòng)或消費(fèi)類電子設(shè)備上。
不過，現(xiàn)在連IBM也承認(rèn)22/20nm節(jié)點(diǎn)的主力仍然是平面型結(jié)構(gòu)的體硅CMOS技術(shù)，IBM的高管Ghavam Shahidi在這次會(huì)上表示，F(xiàn)DSOI“在22/20nm節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)仍準(zhǔn)備不足?！?br>
而IBM芯片制造技術(shù)聯(lián)盟中的另一個(gè)重要成員三星則最近公布了其20nm制程技術(shù)的有關(guān)消息，這種制程技術(shù)也是基于平面型體硅CMOS。
Globalfoundries主管技術(shù)的副總裁Bill Liu也在會(huì)上列出了他們?cè)?2/20nm節(jié)點(diǎn)會(huì)采用的幾種技術(shù)，包括：HKMG柵極，配合雙重成像技術(shù)的193nm液浸式光刻技術(shù)，硅應(yīng)變技術(shù)等等。
另外，正如我們之前所報(bào)道的那樣，盡管IBM芯片制造技術(shù)聯(lián)盟的成員在32/28nm節(jié)點(diǎn)主推基于Gatefirst工藝的HKMG技術(shù)，但是到20nm節(jié)點(diǎn)，聯(lián)盟的成員將集體轉(zhuǎn)向Intel主導(dǎo)的gatelast技術(shù)。該聯(lián)盟的成員包括有 AMD,Globalfoundries,三星等廠商，具有諷刺意味的是，這些廠商目前還在竭力宣傳gatefirst的優(yōu)越性。而以Intel和臺(tái)積電為代表的其它廠商則使用的是gatelast工藝。
另外，Liu還表示22/20nm節(jié)點(diǎn)最主要的挑戰(zhàn)是功耗控制和光刻技術(shù)有關(guān)的兩大難題，他表示：“在22nm節(jié)點(diǎn)，光刻技術(shù)將成為決定成敗的重要因素。因?yàn)?93nm液浸式光刻技術(shù)與雙重成像的結(jié)合將迫使芯片產(chǎn)商對(duì)芯片設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)置更多的限制?！?br>
而臺(tái)積電負(fù)責(zé)主管20nm制程開發(fā)的高管則認(rèn)為功耗和產(chǎn)品的靈活性是主要的挑戰(zhàn)，他說：“功耗方面的限制使器件的Vcc電壓值不斷減小，但是由此則造成了器件性能一致性方面的問題。”
不過，這次會(huì)議依然給我們帶來了一些驚喜。比如所有的廠商均認(rèn)同在22/20nm節(jié)點(diǎn)會(huì)啟用銅互聯(lián)層，超低介電常數(shù)互聯(lián)層電介質(zhì)(Low-k)以及HKMG柵這三種技術(shù)。另外，光刻技術(shù)方面，22/20nm節(jié)點(diǎn)主要幾家芯片廠商也將繼續(xù)使用基于193nm液浸式光刻系統(tǒng)的雙重成像(double patterning)技術(shù)。
之所以繼續(xù)使用193nm液浸式光刻系統(tǒng)，是由于廠商們預(yù)計(jì)極紫外光刻(EUV)系統(tǒng)在各廠商準(zhǔn)備轉(zhuǎn)向22/20nm節(jié)點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)時(shí)發(fā)展的還不夠成熟.荷蘭ASML公司最近才剛剛賣出了一臺(tái)試產(chǎn)型的EUV光刻機(jī)，據(jù)稱這臺(tái)光刻機(jī)的買主是三星公司。EUV光刻機(jī)的產(chǎn)出量仍然很低，而且設(shè)備的售價(jià)也是天文級(jí)數(shù)字。
Intel高管Mark Bohr在一次訪談中曾表示：“EUV技術(shù)還在發(fā)展進(jìn)步，所以現(xiàn)在還沒到它發(fā)威的時(shí)候?！?br>
毫無疑問，將邏輯芯片的制程推進(jìn)到22/20nm節(jié)點(diǎn)是一個(gè)挑戰(zhàn)。除了需要解決光刻技術(shù)，high-k絕緣層技術(shù)，功耗等方面的技術(shù)問題之外，成本控制和器件的性能一致性也是需要解決的問題。
Bohr認(rèn)為，原本分離開的芯片設(shè)計(jì)和芯片制造團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在必須更緊密地合作，必須抱有“共同改進(jìn)”的理念，而這種理念必須在研發(fā)的早期階段便開始貫徹執(zhí)行。
現(xiàn)在Globalfoundries, IBM, Intel，臺(tái)積電還有三星總算透出了一點(diǎn)有關(guān)22/20nm制程的口風(fēng).目前，高端芯片廠商制作32/28nm制程產(chǎn)品所用的晶體管結(jié)構(gòu)技術(shù)仍然基于傳統(tǒng)的體硅和平面型晶體管技術(shù)，這種技術(shù)已經(jīng)被廠商使用了多年，大家對(duì)這種技術(shù)都非常了解，而且使用這種技術(shù)制造產(chǎn)品的成本和風(fēng)險(xiǎn)也最小。
不過有人認(rèn)為要進(jìn)步到22nm乃至16nm節(jié)點(diǎn)，就必須拋棄這種傳統(tǒng)的技術(shù)，而其可能的繼任者則人選頗多，包括FDSOI,FinFET，多柵晶體管，III-V族溝道材料晶體管等等。部分廠商則正在竭力推進(jìn)其中的一種技術(shù)，期望能在下一代晶體管技術(shù)的競賽中取得先機(jī)，比如不久前SOI技術(shù)聯(lián)盟便宣稱已經(jīng)在全耗盡型晶體管(FDSOI)技術(shù)方面取得了更多進(jìn)展。該聯(lián)盟的成員包括ARM,IBM,意法半導(dǎo)體，法國Soitec和CEA-Leti等，他們宣稱這項(xiàng)技術(shù)可以用在20nm及更高級(jí)節(jié)點(diǎn)制程的移動(dòng)或消費(fèi)類電子設(shè)備上。
不過，現(xiàn)在連IBM也承認(rèn)22/20nm節(jié)點(diǎn)的主力仍然是平面型結(jié)構(gòu)的體硅CMOS技術(shù)，IBM的高管Ghavam Shahidi在這次會(huì)上表示，F(xiàn)DSOI“在22/20nm節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)仍準(zhǔn)備不足?！?br>
而IBM芯片制造技術(shù)聯(lián)盟中的另一個(gè)重要成員三星則最近公布了其20nm制程技術(shù)的有關(guān)消息，這種制程技術(shù)也是基于平面型體硅CMOS。
Globalfoundries主管技術(shù)的副總裁Bill Liu也在會(huì)上列出了他們?cè)?2/20nm節(jié)點(diǎn)會(huì)采用的幾種技術(shù)，包括：HKMG柵極，配合雙重成像技術(shù)的193nm液浸式光刻技術(shù)，硅應(yīng)變技術(shù)等等。
另外，正如我們之前所報(bào)道的那樣，盡管IBM芯片制造技術(shù)聯(lián)盟的成員在32/28nm節(jié)點(diǎn)主推基于Gatefirst工藝的HKMG技術(shù)，但是到20nm節(jié)點(diǎn)，聯(lián)盟的成員將集體轉(zhuǎn)向Intel主導(dǎo)的gatelast技術(shù)。該聯(lián)盟的成員包括有 AMD,Globalfoundries,三星等廠商，具有諷刺意味的是，這些廠商目前還在竭力宣傳gatefirst的優(yōu)越性。而以Intel和臺(tái)積電為代表的其它廠商則使用的是gatelast工藝。
另外，Liu還表示22/20nm節(jié)點(diǎn)最主要的挑戰(zhàn)是功耗控制和光刻技術(shù)有關(guān)的兩大難題，他表示：“在22nm節(jié)點(diǎn)，光刻技術(shù)將成為決定成敗的重要因素。因?yàn)?93nm液浸式光刻技術(shù)與雙重成像的結(jié)合將迫使芯片產(chǎn)商對(duì)芯片設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)置更多的限制?！?br>
而臺(tái)積電負(fù)責(zé)主管20nm制程開發(fā)的高管則認(rèn)為功耗和產(chǎn)品的靈活性是主要的挑戰(zhàn)，他說：“功耗方面的限制使器件的Vcc電壓值不斷減小，但是由此則造成了器件性能一致性方面的問題。”
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