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[導(dǎo)讀]【導(dǎo)讀】FinFET技術(shù)是電子行業(yè)的下一代前沿技術(shù),是一種全新的新型的多門3D晶體管。和傳統(tǒng)的平面型晶體管相比,F(xiàn)inFET器件可以提供更顯著的功耗和性能上的優(yōu)勢(shì)。英特爾已經(jīng)在22nm上使用了稱為“三柵”的FinFET技術(shù),

【導(dǎo)讀】FinFET技術(shù)是電子行業(yè)的下一代前沿技術(shù),是一種全新的新型的多門3D晶體管。和傳統(tǒng)的平面型晶體管相比,F(xiàn)inFET器件可以提供更顯著的功耗和性能上的優(yōu)勢(shì)。英特爾已經(jīng)在22nm上使用了稱為“三柵”的FinFET技術(shù),同時(shí)許多晶圓廠也正在準(zhǔn)備16納米或14納米的FinFET工藝。雖然該技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢(shì),但也帶來(lái)了一些新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),它的成功,將需要大量的研發(fā)和整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)的深層次合作。

摘要:  FinFET技術(shù)是電子行業(yè)的下一代前沿技術(shù),是一種全新的新型的多門3D晶體管。和傳統(tǒng)的平面型晶體管相比,F(xiàn)inFET器件可以提供更顯著的功耗和性能上的優(yōu)勢(shì)。英特爾已經(jīng)在22nm上使用了稱為“三柵”的FinFET技術(shù),同時(shí)許多晶圓廠也正在準(zhǔn)備16納米或14納米的FinFET工藝。雖然該技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢(shì),但也帶來(lái)了一些新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),它的成功,將需要大量的研發(fā)和整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)的深層次合作。

關(guān)鍵字:  晶體管控制電流,驅(qū)動(dòng)器

FinFET技術(shù)是電子行業(yè)的下一代前沿技術(shù),是一種全新的新型的多門3D晶體管。和傳統(tǒng)的平面型晶體管相比,F(xiàn)inFET器件可以提供更顯著的功耗和性能上的優(yōu)勢(shì)。英特爾已經(jīng)在22nm上使用了稱為“三柵”的FinFET技術(shù),同時(shí)許多晶圓廠也正在準(zhǔn)備16納米或14納米的FinFET工藝。雖然該技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢(shì),但也帶來(lái)了一些新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),它的成功,將需要大量的研發(fā)和整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)的深層次合作。

FinFET器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET),名字的由來(lái)是因?yàn)榫w管的柵極環(huán)繞著晶體管的高架通道,這稱之為“鰭”。比起平面晶體管,這種方法提供了更多的控制電流,并且同時(shí)降低漏電和動(dòng)態(tài)功耗。 比起28納米工藝,16納米/14納米 FinFET器件的進(jìn)程可以提高40-50%性能,或減少50%的功耗。一些晶圓廠會(huì)直接在16納米/14納米上采用FinFET技術(shù),而一些晶圓廠為了更容易地整合FinFET技術(shù),會(huì)在高層金屬上保持在20nm的工藝。

那么20納米的平面型晶體管還有市場(chǎng)價(jià)值么?這是一個(gè)很好的問(wèn)題,就在此時(shí),在2013年初,20nm的平面型晶體管技術(shù)將會(huì)全面投入生產(chǎn)而16納米/14納米 FinFET器件的量產(chǎn)還需要一到兩年,并且還有許多關(guān)于FinFET器件的成本和收益的未知變數(shù)。但是隨著時(shí)間的推移,特別是伴隨著下一代移動(dòng)消費(fèi)電子設(shè)備發(fā)展,我們有理由更加期待FinFET技術(shù)。

和其他新技術(shù)一樣,F(xiàn)inFET器件設(shè)計(jì)也提出了一些挑戰(zhàn),特別是對(duì)于定制/模擬設(shè)計(jì)。一個(gè)挑戰(zhàn)被稱為“寬度量化”,它是因?yàn)镕inFET元件最好是作為常規(guī)結(jié)構(gòu)放置在一個(gè)網(wǎng)格。標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)人員可以更改的平面晶體管的寬度,但不能改變鰭的高度或?qū)挾鹊模宰詈玫姆绞絹?lái)提高驅(qū)動(dòng)器的強(qiáng)度是增加鰭的個(gè)數(shù)。增加的個(gè)數(shù)必須為整數(shù), 你不能添加四分之三的鰭。

另一個(gè)挑戰(zhàn)來(lái)自三維技術(shù)本身,因?yàn)槿S預(yù)示著更多的電阻的數(shù)目(R)和電容(C)的寄生效應(yīng),所以提取和建模也相應(yīng)困難很多。設(shè)計(jì)者不能再只是為晶體管的長(zhǎng)度和寬度建模,晶體管內(nèi)的Rs和Cs,包括本地互連,鰭和柵級(jí),對(duì)晶體管的行為建模都是至關(guān)重要的。還有一個(gè)問(wèn)題是層上的電阻。 20納米的工藝在金屬1層下增加了一個(gè)局部互連,其電阻率分布是不均勻的,并且依賴于通孔被放置的位置。另外,上層金屬層和下層金屬層的電阻率差異可能會(huì)達(dá)到百倍數(shù)量級(jí)。

還有一些挑戰(zhàn),不是來(lái)自于FinFET自身,而是來(lái)至于16nm及14nm上更小的幾何尺寸。一個(gè)是雙重圖形,這個(gè)是20nm及以下工藝上為了正確光蝕/刻蝕必須要有的技術(shù)。比起單次掩模,它需要額外的mask,并且需要把圖形分解,標(biāo)上不同的顏色,并且實(shí)現(xiàn)在不同的mask上。布局依賴效應(yīng)(LDE)的發(fā)生是因?yàn)楫?dāng)器件放置在靠近其他單元或者器件時(shí),其時(shí)序和功耗將會(huì)受影響。還有一個(gè)挑戰(zhàn)就是電遷移變得更加的顯著,當(dāng)隨著幾何尺寸的縮小。

如前所述,上述問(wèn)題將影響影響定制/模擬設(shè)計(jì)。如果數(shù)字設(shè)計(jì)工程師能夠利用自動(dòng)化的,支持FinFET器件的工具和支持FinFET的單元庫(kù),他或她將發(fā)現(xiàn),其工作上最大的變化將是單元庫(kù):更好的功耗和性能特性!但是,數(shù)字設(shè)計(jì)工程師也會(huì)發(fā)現(xiàn)新的和更復(fù)雜的設(shè)計(jì)規(guī)則,雙圖形著色的要求,和更加嚴(yán)格的單元和pin位置的限制。最后,有些SoC設(shè)計(jì)人員還會(huì)被要求來(lái)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證上百萬(wàn)門級(jí)別的芯片。設(shè)計(jì)師將需要在更高的抽象層次上工作和大量重復(fù)使用一些硅IP。

EDA產(chǎn)業(yè)在研發(fā)上花費(fèi)了大量的錢,以解決高級(jí)節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。事實(shí)上,我們預(yù)期,EDA行業(yè)為了20納米,16納米和14納米的總研發(fā)費(fèi)用可能會(huì)達(dá)到十二億美金到十六億美金。從FinFET器件的角度來(lái)看,例如,提取工具必須得到提高,以便能處理Rs和Cs從而更好預(yù)測(cè)晶體管的性能。這些Rs和Cs不能等待芯片成型后分析,他們需要在設(shè)計(jì)周期的早期進(jìn)行,所以電路工程師和版圖工程師不得不工作得更加緊密,這也是方法學(xué)上很大的一個(gè)變化。

每個(gè)物理設(shè)計(jì)工具都必須能夠處理幾百條為了16nm/14nm FinFET技術(shù)而帶來(lái)的新的設(shè)計(jì)規(guī)則。這包括布局,布線,優(yōu)化,提取和物理驗(yàn)證。單元庫(kù)也需要利用這些工具進(jìn)行優(yōu)化。所以一個(gè)整合了的先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的解決方案,將會(huì)使包括定制/模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)的任務(wù)變得更加容易。

EDA供應(yīng)商也是包括晶圓代工廠和IP供應(yīng)商在內(nèi)的垂直合作其中的一部分。從EDA和IP開(kāi)發(fā)人員的反饋會(huì)影響進(jìn)程的發(fā)展,這反過(guò)來(lái)又提出了新的要求的工具和IP。例如,在2012年,Cadence公司,ARM和IBM之間三方合作就產(chǎn)生了第一個(gè)14NM的FinFET器件的測(cè)試芯片。

16nm/14nm的FinFET技術(shù)將是一個(gè)小眾技術(shù),或進(jìn)入IC設(shè)計(jì)的主流?歷史證明,當(dāng)新的創(chuàng)新出現(xiàn),人們弄清楚如何使用它們來(lái)創(chuàng)新,往往會(huì)帶來(lái)意想不到的價(jià)值。FinFET技術(shù)將啟用下一個(gè)大的飛躍,為計(jì)算機(jī),通信和所有類型的消費(fèi)電子設(shè)備帶來(lái)裨益。這就是為什么Cadence公司堅(jiān)信FinFET技術(shù)將為電子行業(yè)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新紀(jì)元,這也是為什么我們致力于為整個(gè)行業(yè)推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。

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