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英特尔、台积电与IBM的16/14nm技术有何不同?

导读: 英特尔、台积电以及IBM三家企业在逻辑LSI的微细化方面处于领先地位。这三家企业在最尖端工艺——16/14nm技术上存在哪些战略差异呢?

  英特尔、台积电以及IBM三家企业在逻辑LSI的微细化方面处于领先地位。这三家企业在最尖端工艺——16/14nm技术上存在哪些战略差异呢?

  在2015年1月30日于东京举行的研讨会——SPI论坛“三维工艺的障碍与解决方案”(主办:日本Semiconductor Portal公司)上,东京大学生产技术研究所的教授平本俊郎登台发表了演讲。他以“从2014 IEDM看16/14nm FinFET技术的最新趋势”为题,围绕各企业在半导体元件相关国际学会上发表的内容,介绍了尖端CMOS技术的趋势。

  平本首先指出,尖端CMOS技术开发已从22/20nm工艺过渡至16/14nm工艺,采用块硅基板的平面构造MOSFET(平面块体MOSFET)随之完全销声匿迹。原因是平面块体MOSFET很难充分减轻短通道效应及不稳定现象。

  这样一来,16/14nm工艺便形成了采用块硅基板的FinFET(块体FinFET)、采用SOI(silicon on insulator)基板的FinFET(SOI FinFET)、采用SOI基板的平面构造全耗尽型晶体管(FDSOI)三足鼎立的局面。选择其中的哪一种“取决于各公司的战略,但主流肯定是块体 FinFET”。

  在2014年12月举行的“2014年IEEE电子器件国际会议(IEDM 2014)”上,英特尔、台积电及IBM就16/14nm工艺技术展开了较量。这一技术在逻辑LSI领域相当于最尖端工艺,部分产品已开始量产。

  英特尔坚持摩尔定律

  首先是英特尔。该公司发布的是14nm工艺块体FinFET技术,这是继22nm工艺之后的第2代FinFET技术。英特尔使用自对准(self- align)方式双重曝光技术,实现了Fin间距为42nm、栅极间距为70nm、金属(M2)间距为52nm的“极为细密的图案。在14nm工艺中实现 这么小的数值,很了不起”。

  第2代FinFET与第1代相比,通过减小Fin宽度并增加高度,在微细化的同时兼顾了电流驱动力的改善。栅极长度约为20nm。其另一个特点是,为了减小布线延迟,在层间绝缘膜中导入了气隙。

  一般来说,FinFET即便不在通道中添加杂质,也可调整阈值电压,因此对不稳定的耐受能力很强。但实际上,英特尔通过掺杂调整了阈值电压。对Fin实施了固体源极(solid-state)掺杂。即便如此,阈值电压的不稳定现象仍然少于22nm工艺。

  据平本介绍,值得关注的另一点是,英特尔此次使用了与以前不同的指标来表示FinFET的电流驱动力(漏极电流)。发布22nm工艺技术时,该公司给出了 以Fin周长来进行归一化的漏极电流,而此次则利用Fin的布局宽度进行归一化。因此,电流驱动力很难与以前的工艺简单比较。

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