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在可預見(jiàn)的未來(lái)，CMOS技術(shù)仍將持續微縮腳步，然而，當我們邁入10nm節點(diǎn)后，控制工藝復雜性和變異，將成為能否驅動(dòng)技術(shù)向前發(fā)展的關(guān)鍵，IMEC資深工藝技術(shù)副總裁An Steegen在稍早前于比利時(shí)舉行的IMEC Technology Forum上表示。 明天的智能系統將會(huì )需要更多的運算能力和儲存容量，這些都遠遠超過(guò)今天的處理器和存儲器所能提供的極限。而這也推動(dòng)了我們對芯片微縮技術(shù)的需求。 在演講中，Steegen解釋了IMEC如何在超越10nm以后繼續推動(dòng)芯片微縮。在10nm之后，或許還能跟著(zhù)摩爾定律(Moore's Law)的腳步，并沿用光刻技術(shù)，但在這之后，就必須采用的材料和新設計架構了。 
Steegen指出，CMOS仍然可以微縮，只是更加困難。當達到次15nm時(shí)，就會(huì )需要更先進(jìn)的超紫外光(EUV)和更先進(jìn)的圖案技術(shù)。這也意味著(zhù)勢必要朝3D元件架構，如FinFET元件轉移，而這又需要在材料方面的創(chuàng )新，如具備更高遷移率通道的嶄新材料。 摩爾定律仍會(huì )持續，但Steegen指出，復雜性、成本和變異性只會(huì )不斷提升。新技術(shù)和新的設計解決方案都必須同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。 “好消息是CMOS目前仍持續微縮，從平面硅元件架構(20nm)向FinFET元件架構(14nm)轉移，以便更好地控制短溝道效應。然而，當你引進(jìn)新材料時(shí)，變異性就會(huì )遽增，”她表示。
在會(huì )后與電子工程專(zhuān)輯的訪(fǎng)談中，Steegen描述了更多有關(guān)變異問(wèn)題的細節。 “在轉移到完全耗盡型溝道元件，如FinFET時(shí)，我們將能大幅減少通道摻雜，進(jìn)而減少與隨機摻雜有關(guān)的變異問(wèn)題，”Steegen解釋道�！斑@也有助于減少元件失配情況。然而，隨著(zhù)半導體元件朝非平面架構方面發(fā)展，新的變異也隨之出現。包括側壁傳導、增加的表面體積比、陷阱(trap)以及由缺陷引發(fā)的變異(如低頻噪聲、BTI可靠性等)都變得更加重要。 她接著(zhù)指出，“這些新的因素有些會(huì )出現在10nm節點(diǎn)。而我們希望新材料和更先進(jìn)的柵極堆疊模組能夠再推升元件性能。更具挑戰性的整合(如選擇性的異質(zhì)磊晶生長(cháng))都可能導致新的隨機缺陷。此外，材料也可能會(huì )改變溝道載流子和陷阱/缺陷間的相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生可靠性和噪聲等變化。 當被問(wèn)及要怎么做才能緩解變異問(wèn)題時(shí)，Steegen解釋道，IMEC正在從提高工程材料品質(zhì)方面著(zhù)手。 這也關(guān)系到基礎的溝道材料能帶設計研究工作，這些研究都和最佳化元件的可靠性和性能有關(guān)。例如，她指出，“我們正在進(jìn)行運用自由植入量子阱硅化鍺(SiGe)溝道元件來(lái)改善NBTI可靠性的研究。另外，我們也正在研究14nm以下應用的FinFET元件�！� Steegen表示，作為該計劃的一部分，IMEC正在定義設計中的范式轉變。研究人員們正在探討可能的解決方案，其中有一些會(huì )需要EDA工具的支持。為此，IMEC也與EDA供應商就3D的可測試性設計、TCAD、P&R的選擇對光刻帶來(lái)的影響、OPC、3D系統的設計開(kāi)發(fā)/試驗等不同領(lǐng)域進(jìn)行合作。 在會(huì )議結束之際，Steegen重由：“必須從設計開(kāi)始就將“變異性和成本”納入考量。在半導體產(chǎn)業(yè)中，我們總是不斷地重塑自己扮演的角色。而未來(lái)，這個(gè)過(guò)程也將會(huì )一遍又一遍地循環(huán)下去�！� |
