英特爾的Tri-gate并非一場(chǎng)容易的競(jìng)爭(zhēng)

       英特爾公司在把FinFETs元件帶入生產(chǎn)浪潮上可能會(huì)有多達(dá)五年的領(lǐng)導(dǎo)地位。一個(gè)雙外延工藝，并嚴(yán)格控制其他步驟，預(yù)示著對(duì)其它公司迅速趕超英特爾的領(lǐng)導(dǎo)地位是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。 

       領(lǐng)導(dǎo)加州大學(xué)伯克利分校小組的胡正明在十二年期提出過(guò)實(shí)際可行的FinFET器件，他說(shuō)：“最重要的一點(diǎn)是，英特爾正在投入生產(chǎn)FinFETs。英特爾公司是很值得尊重的，他們連續(xù)帶領(lǐng)了兩年的結(jié)垢產(chǎn)業(yè)” 胡先生在5月4日宣布：“這進(jìn)一步證實(shí)了作為一個(gè)公司的名譽(yù)和做事態(tài)度。還表明如果一個(gè)組織投資充足，他們就可以對(duì)這些投資作出更充足的回報(bào)。最初這些過(guò)渡也許會(huì)非常艱難，但是，如果有適量的時(shí)間和金錢(qián)以及人們的投資，他們就能完成。”
 
      “我對(duì)于我自己關(guān)于FinFETs和UTB-SOI將要生產(chǎn)的想法立場(chǎng)堅(jiān)定。我希望兩個(gè)都成為成品。像英特爾和TSMC這樣的大公司，將有資源去生產(chǎn)FinFETs，而其它公司也許會(huì)去生產(chǎn)UTB-SOI，意法半導(dǎo)體也是最有可能使用UTB-SOI的”他說(shuō)。 

       胡先生還說(shuō)：“FinFETs可能在性能和功率上更加通用。另一方面，F(xiàn)inFETs在生產(chǎn)控制、布局、元件庫(kù)方面采取了更多的發(fā)展資源。” FinFET器件的制作是具有挑戰(zhàn)性的。“我覺(jué)得設(shè)備工業(yè)并沒(méi)有被世界上其它國(guó)家所熟知，所以英特爾公司真的沒(méi)有必要花很多精力在新的裝備上。如果界面設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)緊密，資源足夠大，F(xiàn)inFETs的誘惑會(huì)很大，但是還要獲得投資，UTB-SOI就不需要那么多的技術(shù)發(fā)展投資，”胡先生說(shuō)。 胡先生指出，翅片必須非常薄，約等于柵極的長(zhǎng)度，以完成抑制漏電流的目的。為了保持翅片厚度完全一樣，需要整個(gè)晶圓過(guò)程有非常良好的控制。 “為了大規(guī)模的FinFETs，工業(yè)還需使翅片越來(lái)越薄。早在1999年的論文中，我們被告知它可以縮小到10nm，但是現(xiàn)在我相信我們能夠超越它。” 湯普森先生的五年預(yù)見(jiàn) 斯科特湯普森，佛羅里達(dá)大學(xué)教授，他說(shuō)，“開(kāi)發(fā)一個(gè)像tri-gate復(fù)雜的技術(shù)需要在硅資源和人力上有重大投資—可能超過(guò)1000人的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)” 這個(gè)挑戰(zhàn)很復(fù)雜以至于英特爾大約需要成千上萬(wàn)的晶圓來(lái)解決問(wèn)題。

       tri-gate是“至少一個(gè)數(shù)量級(jí)要復(fù)雜于90nm的應(yīng)變硅或者45nm的high-k金屬柵極。這就是為什么它花費(fèi)了英特爾八年的時(shí)間來(lái)落實(shí)和為什么我不認(rèn)為其他人將要在未來(lái)五年或者更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)購(gòu)買(mǎi)它。”早年在英特爾技術(shù)制造部工作的項(xiàng)目經(jīng)理湯普森說(shuō)。 tri-gate有不少非常新穎的元素，他說(shuō)，最關(guān)鍵的是“在沒(méi)有任何代工生產(chǎn)的今天。”復(fù)雜性存在于發(fā)展精準(zhǔn)的用原子層沉積工具把“gate-last”與介質(zhì)和金屬沉積層的疊加。 

      “該p+SiGe S/D(用 >50% Ge) /n+Si S/(>1e19)的集成需要一個(gè)非常復(fù)雜的工藝，材料和異國(guó)處方。在生長(zhǎng)過(guò)程中硅的鰭密度目前看來(lái)是非常低并且它呈現(xiàn)出的挑戰(zhàn)以取得該鰭的蝕刻側(cè)壁統(tǒng)一的計(jì)劃免疫，”他補(bǔ)充說(shuō)。 具有低接觸電阻的鰭，外延必須種在鰭的源極和漏極—否則驅(qū)動(dòng)電流和性能會(huì)受到影響。 “在英特爾性能要求的基礎(chǔ)上，可以得出結(jié)論：pFETs，高度原位摻雜硼p+硅鍺是在p型晶體管的鰭上增長(zhǎng)。而NFET，摻硅外延硅或需要在源/漏極成長(zhǎng)。” 為了用低缺陷鰭在pFETs和nFETs培養(yǎng)雙重選擇性外延薄膜“是一個(gè)困難，復(fù)雜和昂貴的過(guò)程，”他說(shuō)。為了制造外雙延，湯普森說(shuō)他相信英特爾“實(shí)施的許多限制性的鰭布局設(shè)計(jì)規(guī)則。這些新的設(shè)計(jì)規(guī)則將阻止傳統(tǒng)IP重用。這些問(wèn)題都不是英特爾的目標(biāo)市場(chǎng)的問(wèn)題：高性能，高利潤(rùn)的CPU。但是，經(jīng)濟(jì)權(quán)衡不同于SOC的世界，有許多不同類(lèi)型的晶體管被提供，”湯普森說(shuō)。 

       湯普森說(shuō)，在22納米的tri-gate鰭顯得相對(duì)短，在未來(lái)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，英特爾將有可能試圖讓它們長(zhǎng)得更高，這就提供了更大的面積。 “但高鰭將推出一個(gè)附加電容和一個(gè)在鰭和接觸點(diǎn)之間的高重疊電容，以及更大的柵極電容。隨著高尺寸鰭變化閾值的變化會(huì)增加，超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)邊緣粗糙度較大，會(huì)增加Vt的變化，這是在22納米及以下的關(guān)鍵。

      “英特爾公司沒(méi)有公布其AVT，但是其它公司報(bào)告的2 mVum 大容量FinFET元件，已是高于預(yù)期值。這背后的物理學(xué)是，摻雜鰭非常困難，隨機(jī)摻雜效應(yīng)使得相同的電晶體有不同的閾值電壓。”湯普森說(shuō)。制造完美的過(guò)億元或萬(wàn)億晶體管的鰭是“一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，”湯普森說(shuō)，雖然英特爾的優(yōu)勢(shì)是用工廠設(shè)備和運(yùn)行的保持恒定管理一個(gè)絕對(duì)單一的團(tuán)隊(duì)。生產(chǎn)22納米晶圓的成本是很高的，在$4-5B范圍內(nèi)，英特爾的這個(gè)決定，會(huì)提高其今年資本支出計(jì)劃100億美元，湯普森說(shuō)。 看到應(yīng)用的“大膽步伐” 克勞斯徐格拉夫，硅系統(tǒng)集團(tuán)應(yīng)用材料首席技術(shù)官說(shuō)：“我認(rèn)為我們首先應(yīng)該認(rèn)識(shí)到胡晨敏教授和伯克利分校設(shè)備組。這是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)十年的追求，以滿(mǎn)足部分將如何就其能夠使在一個(gè)非常突然的方式對(duì)一個(gè)晶體管的最終能力。在考慮到以非常突然的方式的發(fā)動(dòng)能力下如何發(fā)現(xiàn)晶體管的極限容量英特爾的22納米一代在行動(dòng)“是一個(gè)大膽的一步，它體現(xiàn)了英特爾的勇氣，隨著我們?cè)谛碌腇inFET領(lǐng)域，使之成為現(xiàn)實(shí)。”

       徐格拉夫說(shuō)。 FinFET元件要求的鰭是“非常垂直的，”它提出的幾個(gè)方面的挑戰(zhàn)。蝕刻在90度角附近的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有錐度，是必不可少的。 “這蝕刻結(jié)構(gòu)實(shí)際上是該設(shè)備的通道。如果稍微偏離軸線(xiàn)，晶體管的流動(dòng)性就不會(huì)太理想。” 光刻必須能夠制作出一個(gè)非常狹窄的鰭，比掃描儀的限制分辨率還要少。 “在這種情況下，鰭是與門(mén)同樣的情況。鰭比照片限制少，所以?xún)蓪颖仨氁佟?rdquo; 如何收縮CD在這樣緊湊中，如何蝕刻膠片會(huì)得到一個(gè)可靠的收縮，小于照片限額，而且要可靠，只是眾多挑戰(zhàn)之一。在Dan Maydan Center工作的，應(yīng)用材料公司的技術(shù)專(zhuān)家已“在光盤(pán)蝕刻均勻性的產(chǎn)品上努力工作，在蝕刻過(guò)程非常精確的控制。這方面的需要是很普遍的，不僅僅是FinFET元件，還有許多其他的結(jié)構(gòu)，包括閃存和DRAM，徐格拉夫說(shuō)。 三維掃描儀相關(guān)文章:三維掃描儀原理