晶体管制造工艺技术前瞻.doc

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1、最新晶体管制造工艺技术前瞻制程的历史与演进CPU制程技术发展到今天,其尺寸已经从1974年Intel发布的4004CPU时的10pm进化到了今天的32nm级别,Intel公司最新推出的新款处理器一K号Westmere的32nm制程处理器（见图1）就址目前顶尖制程工艺的代表。台枳电也计划于年内推;I施28nm制程工艺.另外家主要的芯片制造厂商GlobalFoundries公司则计划于年内推出基于SOI的32nm制程工艺和基于休硅的28nm制程工艺。IntelClarkdale处理器核心照片二rm二二10CoreO兴Jr八M-SG-PPL「MMRfu32nm制程WestmereC

2、PU核心45nm制程GPU+内存控制器+1/0单元核心弹舉轉抖黑MGfW总耳图仁45nm制程和32nm制程不过，从早期的Intel486时代发廉到II前的Westmere.各家厂商制造CPU的制程基木都是卑于传统的平面型晶体管结构.熟悉MOSFET结构的爱好者部知道，所谓的平画型晶体管，指的MOSFET的漏极、源极、栅极、沟道以及基体结构的槌断面位于同一平面上的晶体管结构.如图2所示:图2盅要说明的定，即便楚传统的平面型品体管技术，业界也存在两种不同的流派，上图中左侧的称为传统的体硅技术（BulkSI）,而右侧的则定祁对较新的绝缘层覆硅（SOI）技术，两者的区别在于后者在硅

3、基体顶部增加了一层理入式氧化物（BOX）层，而BOX上则覆冇一层祁对较裁的莊层°Intel是休琏技术的坚定支持者.而IBM/AMD则是SOI技术的绝对守护者，尽管历经了数十年风雨的平面型晶体管制造技术发展至今已经相卅的成熟,对各家厂商而言也是加经济的制造技术,但随着晶休管关键尺寸的不断缩小.平面型品体管技术的瓶颈现象越來越严重。那么是在现冇的部分耗尽熨平面晶体管（为r行文方便.下文如不作特别说明均用传统平面型晶体管表示部分耗尽型平面晶体管）技术上进行新技术研究还是抛弃现在的传统平面型晶体管以求创新呢？下面我们就以这两个方向作分别闸述。延续现有晶体管架构应变硅与HKMG——延续

4、传统平面型晶体管的希望在过去的几十年中，为了延续传统平面型晶休管制造技术的寿命,弥补关键尺寸缩小给传统平面型晶体管带來的负面效应，以Intel.台枳电.AMD（也就是现在的GlobalFoundries）为代表的制造厂商已经开发出了很多能够改善传统平面型晶体管性能的技术，这些技术中,已经投入両用的技术尤以面向改善沟道性能的应变硅技术和改善栅极性能的HKMG（High・K栅氧化物层+金屈栅极，此后简称HKMG）技术为代表，自从Intel在90nm制穆的Pentium4处理器上首次启用应变硅技术之厉，这两种主要的辅助技术便成了各家厂商开发制程技术的两大热点，齐家厂商均先后在自家制

5、程工艺中加入了类似的技术，Intel和AMD包括台枳电都在90-32nm的演进过程中采用了应变他技术和HKMG技术.尽管他们的具体实现于法不同。为了读者能够史好的理弊木文.卜面我们就对这阴种技术进行简单的介绍。a・应变硅技术注意图3中的•启用eSiGe（恢入式硅错）材料J指的便是专门用于改善传统平面型晶体管管沟道性能的应变硅技术中的一种.应变硅技术的实质是改善沟道中空穴/电（流动的速度。图3eSiGe技术主耍面向PMOS管•其原理是在PMOS管的漏源区外延生长一层晶格常数（即晶格原子Z间的壯离）比PMOS沟道中硅材料的晶榕常数更大的SiGe层，以此來生成对PMOS管沟道压缩应

6、力的技术，其原理如图3所示。根据研究，当向PMOS管沟道施加纵向（即册极宽度方向）的压缩应力时，可以大人改善沟道的载流子移动性，提升效率。PMOS是指N型衬底、P沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管,全称为P-channelMetalOxideSemiconductorFET；NMOS毘指P型衬底,N沟道,依靠电子的流动来运行电流的MOS管。全称为N-channelMetalOxideSemiconductorFET.b.HKMG技术HKMG是以High・K绝缘层替代传统的SiO2氧化层•并以金属材料栅极替换ID有的莊材料栅极的项技术.这项技术主耍育助寸品体管开关速度的捉升，

7、并可减小栅极的漏电流。我们可以看到‘Intel.AMD和台积电都在门己的制程工艺规划中加入了HKMG技术,说明这项技术得到了三巨头的普遍认可。图4是Intel45nm制程NMOS管的HKMG结构实物图：因为篇幅有限再加上这两个技术点非常复杂，这里就不対应变硅和HKMG进行展开描述了。图4看到这里可能你会问，应变硅和HKMG技术不沁”以让传统平面住晶体管一直延续卞上了吗？非也，半制穆下降到15nm以卜后传统平面型晶休管木身的技术壁全将成为很难逾越的大山，除非在这段时间内又有新的“奇兵”技术出现。传统平面型