富士通開(kāi)發(fā)出低功耗高性能45nm邏輯芯片技術(shù)

　　這些新一代45nm平臺(tái)技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)將使富士通能夠?yàn)榭蛻籼峁└咚俣?、更小尺寸、更低功耗的LSI邏輯芯片。

　　此項(xiàng)新技術(shù)的詳細(xì)情況已在 2007年VLSI技術(shù)研討會(huì)上進(jìn)行了闡述。

　　<背景>

　　為了支持不同設(shè)備中各種功能的拓展以及滿足設(shè)備上使用多處理器內(nèi)核的需求，LSI邏輯芯片的性能要求不斷提高，這最終要求LSI邏輯芯片達(dá)到更高的集成度。面對(duì)這些趨勢(shì)，對(duì)于45nm級(jí)別的邏輯技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)更高的集成度和速度提升，能夠降低設(shè)備功耗的技術(shù)正變得越來(lái)越重要。

　　為了提高LSI的集成度，在所有新一代的設(shè)備中，需要縮短每個(gè)晶體管中的柵極長(zhǎng)度并減小互連導(dǎo)線的寬度和之間的間隔。此外，為實(shí)現(xiàn)高速還需要使LSI芯片內(nèi)的億萬(wàn)晶體管之間的互連延時(shí)縮短到最低限度。

圖1：9Cu + 1Al 互連模塊橫截面，下部銅互連層之間絕緣層全部采用NCS材料（由富士通開(kāi)發(fā)）

　　<技術(shù)挑戰(zhàn)>

　　在縮短晶體管的柵極長(zhǎng)度時(shí)，存在一個(gè)問(wèn)題：在柵極沒(méi)有信號(hào)電壓時(shí)，由于晶體管的源極和漏極之間不斷升高的泄漏電流而導(dǎo)致功耗增加——例如在手機(jī)處于等待呼叫的待機(jī)模式不必執(zhí)行任何處理工作時(shí)。

　　在45nm晶體管中，互連導(dǎo)線的寬度和之間的間隔都達(dá)到了最小的65nm。除了互連導(dǎo)線由于微型化所致的電阻增加之外，如果絕緣層的介電常數(shù)仍與前一代產(chǎn)品相同，互連寄生電容將增加，從而導(dǎo)致互連延時(shí)增加，因此必須使用介電常數(shù)更低的材料。 

　　<富士通的新技術(shù)>

　　1. 新型退火技術(shù)

       富士通研究人員發(fā)現(xiàn)，減小源極和漏極結(jié)深可有效降低泄漏電流。（圖2）

　　但是，簡(jiǎn)單地減小源極和漏極的結(jié)深會(huì)提高源漏區(qū)的電阻，從而降低晶體管的性能。為了抵消這種影響，富士通研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型退火技術(shù)，稱為毫秒退火（MSA）技術(shù)。與以前的退火技術(shù)相比，富士通的毫秒退火技術(shù)采用更高的溫度，因此可降低電阻；此外由于退火時(shí)間極短，可形成較淺的源極和漏極結(jié)，從而降低了泄漏電流。

　　2. 高性能互連技術(shù)

　　富士通的研究人員在較低的互連層之間使用納米聚合硅石（NCS），這種材料的介電常數(shù)（k）為2.25，是目前已報(bào)導(dǎo)絕緣膜中最低的材料，適用于需要最小的互連間隔的底層互連。

　　NCS這種絕緣材料中存在微細(xì)的小孔，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)較低的介電值和較高的機(jī)械強(qiáng)度。富士通所推出的NCS技術(shù)在65nm產(chǎn)品僅用于互連層某些部分。但是在45nm產(chǎn)品中，NCS不是僅用于同一層的互連導(dǎo)線之間，而且用于不同布線層之間以便進(jìn)一步降低布線電容。

　　<結(jié)果>

　　新型退火技術(shù)可極為有效的控制晶體管電阻，使泄漏電流降低至以前的五分之一，因而具有多方面的優(yōu)勢(shì)，例如手機(jī)的最長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間可增加至五倍。此外，據(jù)《國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖》介紹，富士通通過(guò)利用高性能互連技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)互連延時(shí)縮短14%（與標(biāo)準(zhǔn)的45nm互連技術(shù)相比）（*1）。

圖2：源極/漏極結(jié)深與泄漏電流之間的關(guān)系

　　<未來(lái)的發(fā)展>

　　這兩種新開(kāi)發(fā)的技術(shù)可降低待機(jī)過(guò)程中的泄漏電流，同時(shí)提高了運(yùn)行速度。富士通的目標(biāo)是在2008年將這些技術(shù)融入LSI，使其更適合移動(dòng)設(shè)備并在一個(gè)全面聯(lián)網(wǎng)的世界中自由馳騁。