工藝超10nm后，器件性能還會繼續(xù)提高

　　在“2016 Symposia on VLSI Technology”(6月13日～17日于美國檀香山舉辦)上，繼“Plenary Session”(全體會議)之后，在Session T2“Technology Highlighted Session”上，也涌現(xiàn)出了許多關(guān)于10nm工藝技術(shù)的論文。在本屆Symposium采納的86篇論文中，有12篇被選為焦點(diǎn)論文，其中4篇在 Session T2的Highlighted Session上發(fā)表。

　　這些論文論文研究的對象是使用Si、SiGe、InGaAs等不同通道材料的FinFET技術(shù)，以及STT-MRAM。會上，相關(guān)討論也趨于白熱化，在會議結(jié)束后，眾多聽眾將發(fā)布者團(tuán)團(tuán)圍住，氣氛十分熱烈。

　　近年來，隨著硅集成電路微細(xì)化暴露出局限性，研究者圍繞摩爾定律消亡后器件技術(shù)的發(fā)展方向展開了討論。盡管存在這樣的情況，但在這次的Highlighted Session上，關(guān)于10nm工藝器件技術(shù)的論文依然很多，表明基于微細(xì)化的高性能化還在推進(jìn)，勢頭依然強(qiáng)勁。

　　實(shí)現(xiàn)4種Vth

　　首先，三星電子公司發(fā)布了10nm工藝Si FinFET技術(shù)(演講序號2.1)，其主要特點(diǎn)是通過改進(jìn)柵極堆棧實(shí)現(xiàn)4種Vth，改善了翅片形成、觸點(diǎn)等多項(xiàng)工藝。

　　各個部分均實(shí)現(xiàn)了微細(xì)化，與14nm工藝相比，速度提高了27%，在相同速度下，功耗降低了40%，而且SRAM單元尺寸達(dá)到了0.04μm2。雖然韓國近期發(fā)表的論文在數(shù)量上不及以往，但這次發(fā)布依然展現(xiàn)出了三星雄厚的集成化技術(shù)。

　　接下來，IBM與GLOBALFOUNDRIES公司發(fā)布了使用SiGe作為通道材料的10nm節(jié)點(diǎn)技術(shù)(演講序號2.2)。這項(xiàng)技術(shù)與三星的一大差別是pMOS采用了SiGe通道，nMOS則使用通常的硅。

　　論 文表明，通過為pMOS采用Ge濃度為20%的SiGe，不僅使移動度提高35%，有效電流提高17%，還大幅改善了NBTI(Negative Bias Temperature Instability，負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性)。該論文指出，提高特性的關(guān)鍵在于通過降低氧濃度減少缺陷。而且還提供了4種Vth，與三星的10nm平臺 形成了鮮明對比。

　　InGaAs晶體管找到實(shí)用化道路

　　臺積電第3個登臺，介紹了使用比SiGe更先進(jìn)的InGaAs的 FinFET(演講序號2.3)。InGaAs通道通過外延生長的方式在300mm硅晶圓上形成。在硅晶圓上實(shí)現(xiàn)了與在晶格匹配的InP基板上生長的器件 相同的性能，達(dá)到了現(xiàn)有InGaAs晶體管最大的通態(tài)電流，這是一項(xiàng)重大技術(shù)進(jìn)展。要想將InGaAs投入實(shí)用，關(guān)鍵是生長、加工工藝等全部環(huán)節(jié)都要利用 硅平臺，這篇論文指明了達(dá)成這一目標(biāo)的方法。

　　最后，美國TDK Headway Technologies發(fā)布了關(guān)于提高STT-MRAM寫入速度的論文(論文序號2.4)。在不降低數(shù)據(jù)保存特性的前提下，通過使寫入脈沖寬度減少到 750ps，成功利用8MB陣列實(shí)現(xiàn)了3ns脈沖的寫入。通過實(shí)現(xiàn)次納秒高速寫入，開辟出了通往MRAM LLC緩存的道路。

　　關(guān)于 10nm工藝以后的技術(shù)，除上面介紹的Highlighted Session外，在Session T9“Technology Scaling Beyond 10nm”上也發(fā)布了很多相關(guān)論文，其中也包括焦點(diǎn)論文。例如，TSMC發(fā)布了面積為0.03μm2、比前面介紹的三星的更小的微細(xì)SRAM單元(論文序 號9.1)。IBM發(fā)布Ge濃度高達(dá)60%以上的SiGe-FinFET技術(shù)，證明了這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效柵極絕緣膜厚度為0.7nm、翅片寬度為4nm 的微細(xì)化(論文序號9.3)。

　　在人們早已意識到微細(xì)化即將達(dá)到極限的情況下，表明通過微細(xì)化可以提高性能的論文卻層出不窮，這說明在超越 10nm工藝之后，至少在一段時間內(nèi)，器件的性能還有可能繼續(xù)提高。筆者衷心期待技術(shù)在超越10nm之后，向著7nm節(jié)點(diǎn)繼續(xù)邁進(jìn)。