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【分析】中国微电子所新型FinFET工艺突破意义何在?

导读: SOI技术作为一种全介质隔离技术,可以用来替代硅衬底。为何FinFET会成为主流,即便是掌握了22nm FD-SOI工艺的格罗方德还是购买了三星的14nm FinFET技术授权呢?

OFwee电子工程网讯 最近,中国微电子所集成电路先导工艺研发中心在下一代新型FinFET逻辑器件工艺研究上取得重要进展。微电子所殷华湘研究员的课题组,利用低温低阻NiPt硅化物在新型FOI FinFET上实现了全金属化源漏(MSD),能显著降低源漏寄生电阻,从而将N/PMOS器件性能提高大约30倍,使得驱动性能达到了国际先进水平。

中国微电子所新型FinFET工艺突破意义何在?

基于本研究成果的论文被2016年IEEE国际电子器件大会(IEDM)接收,并在IEDM的关键分会场之一——硅基先导CMOS 工艺和制造技术(PMT)上,由张青竹做了学术报告。

那么,这个新型FinFET逻辑器件工艺是干啥用的呢?通俗的说就是下一用来制造CPU等逻辑器件的工艺,举例来说,现在14/16nm芯片大多采用FinFET工艺,而这个新型FinFET则是国内对下一代工艺的有益探索。

FinFET和SOI

在介绍微电子所开发出的新工艺之前,先介绍下FinFET和FD-SOI工艺。

中国微电子所新型FinFET工艺突破意义何在?

FinFET 中的 Fin是指鳍式,FET是指场效应晶体管,合起来就是鳍式场效应晶体管。在FinFET问世前,一直在使用MOSFET,但由于当栅长小于20nm的情况下,源极和漏极过于接近且氧化物也愈薄,这很有可能会漏电现象。

因此,美国加州大学伯克莱分校胡正明、Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor 等三位教授 发明了FinFET,把原本 2D 构造的 MOSFET 改为 3D 的 FinFET,由于构造很像鱼鳍,也就得名“鳍式”。

2015年,胡正明教授凭借在FinFET上的贡献荣获美国年度国家技术和创新奖。根据胡正明教授本人的介绍,FinFET实现了两个突破:一是把晶体做薄并解决了漏电问题,二是向上发展,晶片内构从水平变成垂直,也就是把2D的MOSFET 变为 3D 的 FinFET。

而这种做法有怎样的效果呢?

台积电就曾表示:16nm FinFET工艺能够显著改进芯片性能、功耗,并降低漏电率,栅极密度是台积电28nm HPM工艺的两倍,同等功耗下速度可以加快超过40%,同频率下功耗则可以降低超过60%。

值得一提的是,被三星挖走的前台积电员工梁孟松的博士论文指导教授就是胡正明,想必这也是三星能够在14nm FinFET上实现大跃进的原因之一吧。

相对于在晶体管上做文章的FinFET,SOI工艺则着眼于晶片底衬。

SOI(Silicon-On-Insulator绝缘体上硅)是指绝缘层上的硅,是一种用于集成电路集成电路的供应商制造的新型原材料。SOI技术作为一种全介质隔离技术,可以用来替代硅衬底。FD-SOI就是在衬底上做文章,在晶体管相同的情况下,采用FD-SOI技术可以实现在相同功耗下性能提高30%左右,或者在相同性能下,功耗降低30%左右。

根据格罗方德公布的数据:

22nm FD-SOI工艺功耗比28nmHKMG降低了70%;

芯片面积比28nmBulk缩小了20%;

光刻层比FinFET工艺减少接近50%;

芯片成本比16/14nm低了20%。

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