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突破寄生效应7纳米FinFET制程技术不卡关OFweek电子工程网dd

发布时间:2021-01-21 15:13:02 阅读: 来源:滚筒厂家

突破寄生效应 7纳米FinFET制程技术不卡关 - OFweek电子工程网

OFweek电子工程网讯 智能设备不断推陈出新,驱动半导体制程加速演进,然而鳍式电晶体(FinFET)从10纳米微缩至7纳米时,漏电问题将更为严重,成为一大技术关卡;比利时微电子研究中心(IMEC)已透过改善寄生效应的方式克服此一挑战。 智能设备推陈出新,其相关芯片和制程需求日渐成长,其中鳍式电晶体微缩亦成为重要课题。鳍式电晶体从10纳米微缩至7纳米,将遭遇诸多技术问题,譬如寄生效应纷纷浮出水面,鳍式电晶体微缩应首重改善寄生效应,进而减少漏电情形。 每一代半导体制程新技术降临,都代表设计和技术之间的相互依赖关系变得越发重要。明显的例子即是10纳米以下鳍式电晶体(FinFET)的微缩,本文将说明FinFET微缩的选择与限制。 智能设备驱动芯片制程加速演进 随着智能型行动设备的系统单芯片(SoC)效能要求遽增,以及更紧凑的上市时程(Time-to-market) ,逻辑制程需求也大幅成长。比利时微电子研究中心(IMEC)表示,每当新一代技术出现时,同时缩减面积、改善速度、降低耗能、减少成本,向来是第一要务。截至目前,此作法都成功带动制程持续微缩,从28纳米的平面式(Planar)矽元件、到20纳米平面式矽元件、最后到14/16纳米矽基(Silicon Based)FinFET与10纳米技术节点。FinFET技术的引入,使晶圆厂更能控管通道静电,维持接近理想值的次临界摆幅。在元件阶级上,新的破坏性解决方案,将持续改善7纳米技术节点效能,除可能利用非矽基的高迁移率材料,取代矽基通道材料,也可能采用环绕式闸极结构,以水平或是垂直纳米线形式呈现,以提供最佳的静电通道控制能力。另一方面,寄生电容(Parasitic Capacitance)和电阻等其他元素的重要性也逐渐浮上台面。 FinFET微缩至7纳米 遭逢寄生效应困境 从7纳米节点开始,寄生效应影响日益重要。芯片面积微缩带来多余电容和电阻,急遽降低系统速度和电力表现,是系统阶层不容忽视的问题。比利时微电子研究中心表示,以往未影响到系统效能的寄生效应,现今是必须考虑的因素。前、后段制程的串联电阻与寄生电容,例如互连层间的寄生电容,以及闸极(Gate)与源/汲极(Source/Drain)之间的边缘电容,再也不能被疏忽。 串联电阻降低电晶体的有效电压,而寄生电容占据部分系统电力,使运作减速。如欲在7纳米节点达到目标效能,优化通道材料等电晶体元件仍无法达成,必须引进改善寄生效应及其影响的创新技术。 运用气隙间隔片技术 改善寄生效应 比利时微电子研究中心及其团队整理出主要影响效能的问题后,已研发出能改善设备寄生效应的创新技术。举例而言,晶圆厂可利用气隙间隔片改善间隔距离和介电常数、包覆接点以降低接点电阻率,或优化后段制程的宽度、强度、以及鳍片高度。在设计阶层可减少每个设备的FinFET数量,团队透过模拟和计算,同时评估所有新参数,最后得出最可能达成目标的方案。 此评估结果,能做为不同方案中的功率及频率基准。例如,搭配矽基通道的FinFET中,最理想的串联电阻为何?包覆接点后预期得到何等速度效益?在评估各方案所达成的效能后,将能协助微电子研究中心相关技术研究员,在众多方案间做出选择,并给予技术蓝图的发展建议。 元件漏电减低 有助面积微缩 制程微缩主要目的是改善系统速度,但未来速度不再是主要驱动力。比利时微电子研究中心表示,过去每一代新技术出现时,已有能力在芯片中放入越来越多电晶体。但因漏电现象,每个电晶体减少的功率,并无法跟上面积微缩脚步。这表示每个新技术世代,在 每个芯片上可以放入多少电晶体 ,以及 能以相同功率分配驱动的电晶体比例 ,此二问题之间的差距会越来越大。在面积增加与功率增加之间的差距,被称作 黑矽(Dark Silicon) 。因此推动面积微缩时,也许不能为了特定功率分配,而在芯片上使用额外电晶体,这也是为何需要在元件层级上,找出减少漏电的解决方案。 (本文作者任职于比利时微电子研究中心)

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