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[導讀]在可預見的未來,CMOS技術仍將持續(xù)微縮腳步,然而,當我們邁入10nm節(jié)點后,控制制程復雜性和變異,將成為能否驅動技術向前發(fā)展的關鍵,IMEC資深制程技術副總裁An Steegen在稍早前于比利時舉行的IMEC Technology Foru

在可預見的未來,CMOS技術仍將持續(xù)微縮腳步,然而,當我們邁入10nm節(jié)點后,控制制程復雜性和變異,將成為能否驅動技術向前發(fā)展的關鍵,IMEC資深制程技術副總裁An Steegen在稍早前于比利時舉行的IMEC Technology Forum上表示。

明天的智慧系統(tǒng)將會需要更多的運算能力和儲存容量,這些都遠遠超過今天的處理器和記憶體所能提供的極限。而這也推動了我們對晶片微縮技術的需求。

在演講中,Steegen解釋了IMEC 如何在超越10nm以后繼續(xù)推動晶片微縮。在10nm之后,或許還能跟著摩爾定律(Moore"s Law)的腳步,并沿用微影技術,但在這之后,就必須視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,就會需要更先進的超紫外光(EUV)和更先進的圖案技術。這也意味著勢必要朝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。

摩爾定律仍會持續(xù),但Steegen指出,復雜性、成本和變異性只會不斷提升。新技術和新的設計解決方案都必須同時進行最佳化。

“好消息是CMOS目前仍持續(xù)微縮,從平面矽元件架構(20nm)向FinFET元件架構(14nm)轉移,以便更好地控制短通道效應。然而,當你引進新材料時,變異性就會遽增,”她表示。

在會后的訪談中,Steegen描述了更多有關變異問題的細節(jié)。

“在轉移到完全耗盡型通道元件,如FinFET時,我們將能大幅減少通道摻雜,進而減少與隨機摻雜有關的變異問題,”Steegen解釋道?!斑@也有助于減少元件失配情況。然而,隨著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(xiàn)。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(如低頻雜訊、BTI可靠性等)都變得更加重要。

她接著指出,“這些新的因素有些會出現(xiàn)在10nm節(jié)點。而我們希望新材料和更先進的閘極堆疊模組能夠再推升元件性能。更具挑戰(zhàn)性的整合(如選擇性的異質磊晶生長)都可能導致新的隨機缺陷。此外,材料也可能會改變通道載子和陷阱/缺陷間的相互作用,進而產(chǎn)生可靠性和雜訊等變化。

當被問及要怎么做才能緩解變異問題時,Steegen解釋道,IMEC正在從提高工程材料品質方面著手。

這也關系到基礎的通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。例如,她指出,“我們正在進行運用自由植入量子阱矽化鍺(SiGe)通道元件來改善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?!?br>
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,其中有一些會需要EDA工具的支援。為此,IMEC也與EDA供應商就3D的可測試性設計、TCAD、P&R的選擇對微影帶來的影響、OPC、3D系統(tǒng)的設計開發(fā)/試驗等不同領域進行合作。

在會議結束之際,Steegen重由:“必須從設計開始就將「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,這個過程也將會一遍又一遍地循環(huán)下去?!?br>


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