訊:半導(dǎo)體制程工藝上,英特爾要是說第二,那沒人敢說第一。晶圓制造這個圈子,英特爾毫無疑問處于第一流,其他廠商包括IBM,英飛凌,NEC,意法半導(dǎo)體以及東芝等公司,以及目前半導(dǎo)體代工行業(yè)的老大老二老三——臺積電、GlobalFoundries、三星,統(tǒng)統(tǒng)都是二流。
說這么絕對可能有人不服,小編舉最近的一個例子,英特爾僅僅破一次例為美國芯片制造商Altera代工首個四核64位ARM Cortex-A53處理器,就引發(fā)了業(yè)界一片驚嘆。
為了讓大家一窺 Intel在半導(dǎo)體制造工藝上的牛逼,筆者選取數(shù)月前參加Intel新品交流會后,印象深刻的45nm以下HKMG的成型工藝來做探討。
隨著晶體管尺寸的不斷縮小,HKMG(high-k絕緣層+金屬柵極)技術(shù)幾乎已經(jīng)成為45nm以下級別制程的必備技術(shù)。不過在制作HKMG結(jié)構(gòu)晶體管的 工藝方面,業(yè)內(nèi)卻存在兩大各自固執(zhí)己見的不同陣營,以IBM為代表的前柵極Gate-first工藝流派和以Intel為代表的后柵極Gate-last工藝流派。更準(zhǔn)確點(diǎn)說,在步入HKMG時代之初,只有Intel 和其他所有半導(dǎo)體企業(yè)之別。
前柵極和后柵極工藝實(shí)現(xiàn)HKMG結(jié)構(gòu),在技術(shù)上有什么差別,請看這段引用:
Gate-last是用于制作金屬柵極結(jié)構(gòu)的一種工藝技術(shù),這種技術(shù)的特點(diǎn)是在對硅片進(jìn)行漏/源區(qū)離子注入操作以及隨后的高溫退火工步完成之后再形成金屬柵極;與此相對的是Gate-first工藝,這種工藝的特點(diǎn)是在對硅片進(jìn)行漏/源區(qū)離子注入操作以及隨后的退火工步完成之前便生成金屬柵極。Gate-last工藝的難點(diǎn)則在于工藝較復(fù)雜,芯片的管芯密度同等條件下要比Gate-first工藝低,需要設(shè)計方積極配合修改電路設(shè)計才可以達(dá)到與Gate-first工藝相同的管芯密度級別。采用Gate-first工藝制作HKMG的劣勢,是用來制作high-k絕緣層和制作金屬柵極的材料必須經(jīng)受漏源極退火工步的高溫,會導(dǎo)致PMOS管Vt門限電壓的上升,這樣會影響了管子的性能。
如果對這段不太理解的童鞋,只需要記住一點(diǎn):后柵極成型HKMG技術(shù)制造的芯片,功耗更低、漏電更少,高頻(即高性能)運(yùn)行狀態(tài)也更穩(wěn)定;但是生產(chǎn)制造技術(shù)復(fù)雜、良品率低、初期很難大規(guī)模量產(chǎn);(在沒有采用3D晶體管結(jié)構(gòu)前)管芯密度低,對晶圓的利用不夠經(jīng)濟(jì);真正實(shí)用時,還需要用戶層面的配合,即客戶廠商根據(jù)需求配合修改電路設(shè)計。
45nm以下必要的HKMG技術(shù)中Gate-first/Gate-last成型工藝各有優(yōu)劣,Intel追求未來的性能增長選擇Gate-last,其他廠商則選擇整體難度較小、眼下更容易實(shí)用的Gate-first,經(jīng)過幾年發(fā)展后,情況如何呢?
先看Gate-first,下面這段話引用自英特爾中國技術(shù)發(fā)言人洪力的評價:
28納米去年TSMC(臺積電)剛剛用到所謂后柵極工藝,英特爾從45納米開始用后柵工藝,那是4年以前的事。這個時候功耗就來的小,那個時候我們出來包括IBM那些所有的人出來說英特爾宣布做后柵工藝的時候,不可能達(dá)到經(jīng)濟(jì)利益上的量產(chǎn),因?yàn)樘y做了,英特爾做出來了。為什么后柵很重要,當(dāng)處理器運(yùn)算的頻率高的時候,你的功耗就會很大,這部分做起來很不容易。所以你會看到去年很長時間都講到產(chǎn)能不足的問題,現(xiàn)在TSMC有了,三星的28納米還是前柵工藝的。到22納米的時候我們其實(shí)已經(jīng)開始做三維晶體管,這是晶體管的一個創(chuàng)新,柵極起來了。那樣的分布方式使得它的性能和功耗、密度都會有一個更大的提高,你去看一看TSMC的3D的晶體管是2015年開始量產(chǎn),可以看到中間差多遠(yuǎn),三年半的時間。此28納米和彼22納米不是一回事。還有一些廠商說還有14納米更小的,這跟做邏輯的不是一回事,所以英特爾領(lǐng)先是按代來衡量的,是一代還是兩代。
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