IMEC探討10nm以下制程變異

在可預(yù)見的未來，CMOS技術(shù)仍將持續(xù)微縮腳步，然而，當(dāng)我們邁入10nm節(jié)點(diǎn)后，控制制程復(fù)雜性和變異，將成為能否驅(qū)動(dòng)技術(shù)向前發(fā)展的關(guān)鍵，IMEC資深制程技術(shù)副總裁An Steegen在稍早前于比利時(shí)舉行的IMEC Technology Forum上表示。

明天的智慧系統(tǒng)將會(huì)需要更多的運(yùn)算能力和儲(chǔ)存容量，這些都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過今天的處理器和記憶體所能提供的極限。而這也推動(dòng)了我們對(duì)晶片微縮技術(shù)的需求。

在演講中，Steegen了解釋IMEC 如何在超越10nm以后繼續(xù)推動(dòng)晶片微縮。在10nm之后，或許還能跟著摩爾定律(Moore"s Law)的腳步，并沿用微影技術(shù)，但在這之后，就必須視采用的材料和新設(shè)計(jì)架構(gòu)了。

Steegen指出，CMOS仍然可以微縮，只是更加困難。當(dāng)達(dá)到次15nm時(shí)，就會(huì)需要更先進(jìn)的超紫外光(EUV)和更先進(jìn)的圖案技術(shù)。這也意味著勢必要朝3D元件架構(gòu)，如FinFET元件轉(zhuǎn)移，而這又需要在材料方面的創(chuàng)新，如具備更高遷移率通道的嶄新材料。

摩爾定律仍會(huì)持續(xù)，但Steegen指出，復(fù)雜性、成本和變異性只會(huì)不斷提升。新技術(shù)和新的設(shè)計(jì)解決方案都必須同時(shí)進(jìn)行最佳化。

“好消息是CMOS目前仍持續(xù)微縮，從平面矽元件架構(gòu)(20nm)向FinFET元件架構(gòu)(14nm)轉(zhuǎn)移，以便更好地控制短通道效應(yīng)。然而，當(dāng)你引進(jìn)新材料時(shí)，變異性就會(huì)遽增，”她表示。

在會(huì)后與《EE Times》的訪談中，Steegen描述了更多有關(guān)變異問題的細(xì)節(jié)。

“在轉(zhuǎn)移到完全耗盡型通道元件，如FinFET時(shí)，我們將能大幅減少通道摻雜，進(jìn)而減少與隨機(jī)摻雜有關(guān)的變異問題，”Steegen解釋道。“這也有助于減少元件失配情況。然而，隨著半導(dǎo)體元件朝非平面架構(gòu)方面發(fā)展，新的變異也隨之出現(xiàn)。包括側(cè)壁傳導(dǎo)、增加的表面體積比、陷阱(trap)以及由缺陷引發(fā)的變異(如低頻雜訊、BTI可靠性等)都變得更加重要。

她接著指出，“這些新的因素有些會(huì)出現(xiàn)在10nm節(jié)點(diǎn)。而我們希望新材料和更先進(jìn)的閘極堆疊模組能夠再推升元件性能。更具挑戰(zhàn)性的整合(如選擇性的異質(zhì)磊晶生長)都可能導(dǎo)致新的隨機(jī)缺陷。此外，材料也可能會(huì)改變通道載子和陷阱/缺陷間的相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生可靠性和雜訊等變化。

當(dāng)被問及要怎么做才能緩解變異問題時(shí)，Steegen解釋道，IMEC正在從提高工程材料品質(zhì)方面著手。

這也關(guān)系到基礎(chǔ)的通道材料能帶設(shè)計(jì)研究工作，這些研究都和最佳化元件的可靠性和性能有關(guān)。例如，她指出，“我們正在進(jìn)行運(yùn)用自由植入量子阱矽化鍺(SiGe)通道元件來改善NBTI可靠性的研究。另外，我們也正在研究14nm以下應(yīng)用的FinFET元件。”

Steegen表示，作為該計(jì)劃的一部分，IMEC正在定義設(shè)計(jì)中的范式轉(zhuǎn)變。研究人員們正在探討可能的解決方案，其中有一些會(huì)需要EDA工具的支援。為此，IMEC也與EDA供應(yīng)商就3D的可測試性設(shè)計(jì)、TCAD、P&R的選擇對(duì)微影帶來的影響、OPC、3D系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)/試驗(yàn)等不同領(lǐng)域進(jìn)行合作。

在會(huì)議結(jié)束之際，Steegen重由：“必須從設(shè)計(jì)開始就將「變異性和成本」納入考量。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，我們總是不斷地重塑自己扮演的角色。而未來，這個(gè)過程也將會(huì)一遍又一遍地循環(huán)下去。”