7nm之后晶体管技术何去何从

2019-08-15 19:18:43 来源: 乌鲁木齐信息港

  大量的金钱和精力都花在探索FinFET工艺,它会持续多久和为什么要替代他们?

  在近期内,从先进的芯片工艺路线图中看已经相当清楚。芯片会基于今天的FinFET工艺技术或者另一种FDSOI工艺的平面技术,有望可缩小到10nm节点。但是到7nm及以下时,目前的CMOS工艺路线图已经不十分清晰。

  半导体业已经探索了一些下一代晶体管技术的候选者。例如在7nm时,采用高迁移率的FinFET,及用III-V族元素作沟道材料来提高电荷的迁移率。然后,到5nm时,可能会有两种技术,其中一种是环栅FET,和另一种是隧道FET(TFET),它们在比较中有微弱的优势。原因都是因为终CMOS器件的静电问题,一种是在沟道的四周围绕着栅极的结构。相比之下,TFETs是依赖陡峭的亚阈值斜率晶体管来降低功耗。

  这场竞赛还远未结束。显然在芯片制造商之间可能已经达成以下共识:下一代器件的结构选择,包括III-V族的FinFET;环栅的FinFET;量子阱;硅纳米线;SOIFinFET和TFET等。

  未来仍有很长的路要走。除此之外,还有另一条路可能采用一种垂直的芯片架构,如2.5D/ D堆叠芯片以及单片 DIC。

  总之,英特尔,台积电和一些其他公司,它们均认为环栅技术可能会略占上风。Intel的Mayberry说,英特尔也正在研究它,这可能是能被每个人都能接受的工艺路线图。

  芯片制造商可能需要开发一种以上的架构类型,因为没有一种单一的技术可为未来的应用是个理想的选择。Intel公司副总裁,元件技术和制造部主任MichaelMayberry说。这不可能是一个单一的答案,有许多不同的答案,将针对不同的细分市场。

  英特尔同样也对TFET技术表示出浓厚的兴趣,尽管其他人有不同的意见。终的赢家和输家将取决于成本,可制造性和功能性。Mayberry说,例如,为看好的是晶体管的栅极四周被碳纳米线包围起来,但是我们不知道怎样去实现它。所以这可能不是一个的选择方案,它必须要能进行量产。

  另一个问题是产业能否保持仍是每两年的工艺技术节点的节奏。随着越来越多的经济因素开始发挥作用,相信未来半导体业移动到下一代工艺节点的时间会减缓,甚至可能会不按70%的比例缩小,而延伸下一代的工艺节点。

  延伸FinFET工艺

  在2014年英特尔预计将推出基于14nm工艺的第二代FinFET技术。同样在今年,格罗方德,台积电和三星也分别有计划推出他们的14nm级的代FinFET技术。

  intel公司也正分别开发10nm的FinFET技术,然而现在的问题是产业如何延伸FinFET工艺?对于FinFET技术,IMEC的工艺技术高级副总裁,AnSteegen说,在10nm到7nm节点时栅极已经丧失沟道的控制能力。Steegen说,理想的方案是我们可以把一个单一的FinFET限度地降到宽度为5nm和栅极长度为10nm。

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