先柵極還是后柵極 業(yè)界爭論高K技術(shù)

　　隨著(zhù)晶體管尺寸的不斷縮小，HKMG(high-k絕緣層+金屬柵極)技術(shù)幾乎已經(jīng)成為45nm以下級別制程的必備技術(shù).不過(guò)在制作HKMG結構晶體管的 工藝方面，業(yè)內卻存在兩大各自固執己見(jiàn)的不同陣營(yíng)，分別是以IBM為代表的Gate-first(先柵極)工藝流派和以Intel為代表的Gate-last(后柵極)工藝流派，盡管兩大陣營(yíng)均自稱(chēng)只有自己的工藝才是最適合制作HKMG晶體管的技術(shù)，但一般來(lái)說(shuō)使用Gate-first工藝實(shí)現HKMG結構的難點(diǎn)在于如何控制 PMOS管的Vt電壓(門(mén)限電壓);而Gate-last工藝的難點(diǎn)則在于工藝較復雜，芯片的管芯密度同等條件下要比Gate-first工藝低，需要設 計方積極配合修改電路設計才可以達到與Gate-first工藝相同的管芯密度級別。

　　Gate-last陣營(yíng)：目前已經(jīng)表態(tài)支持Gate-last工藝的除了Intel公司之外(從45nm制程開(kāi)始，Intel便一直在制作HKMG晶體管時(shí)使用Gate-last工藝)，主要還有芯片代工業(yè)的最大巨頭臺積電，后者是最近才決定在今年推出的28nm HKMG制程產(chǎn)品中啟用Gate-last工藝。

　　Gate-first陣營(yíng)：Gate-first工藝方面，支持者主要是以IBM為首的芯片制造技術(shù)聯(lián)盟 Fishkill Alliance的所屬成員，包括IBM，英飛凌，NEC，GlobalFoundries, 三星,意法半導體以及東芝等公司，盡管該聯(lián)盟目前還沒(méi)有正式推出基于HKMG技術(shù)的芯片產(chǎn)品，但這些公司計劃至少在32/28nm HKMG級別制程中會(huì )繼續使用Gate-first工藝，不過(guò)最近有消息傳來(lái)稱(chēng)聯(lián)盟中的成員三星則已經(jīng)在秘密研制Gate-last工藝(有關(guān)內容詳見(jiàn)這個(gè)鏈接)。另外，臺灣聯(lián)電公司的HKMG工藝方案則較為特殊，在制作NMOS管的HKMG結構時(shí)，他們使用Gate-first工藝，而制作PMOS管時(shí)，他們則會(huì )使用Gate-last工藝。

　　不管使用Gate-first和Gate-last哪一種工藝，制造出的high-k絕緣層對提升晶體管的性能均有重大的意義。high-k技術(shù)不僅能夠大幅減小柵極的漏電量，而且由于high-k絕緣層的等效氧化物厚度(EOT:equivalent oxide thickness)較薄，因此還能有效降低柵極電容。這樣晶體管的關(guān)鍵尺寸便能得到進(jìn)一步的縮小，而管子的驅動(dòng)能力也能得到有效的改善。

　　不過(guò)，采用Gate-first工藝制作HKMG結構時(shí)卻有一些難題需要解決。一些專(zhuān)家認為，如果采用Gate-first工藝制作HKMG,那么由于用來(lái)制作high-k絕緣層和制作金屬柵極的材料必須經(jīng)受漏源極退火工步的高溫，因此會(huì )導致PMOS管Vt門(mén)限電壓的上升，這樣便影響了管子的性能。而持不同觀(guān)點(diǎn)的專(zhuān)家，包括GlobalFoundries公司的技術(shù)總監John Pellerin等人則強調Gate-first工藝不需要電路設計方在電路設計上做太多更改，而且性能上也完全能夠滿(mǎn)足32/28nm節點(diǎn)制程的要求。