下一代晶體管技術(shù)何去何從

　　大量的金錢(qián)和精力都花在探索FinFET工藝，它會(huì )持續多久和為什么要替代他們?

　　在近期內，從先進(jìn)的芯片工藝路線(xiàn)圖中看已經(jīng)相當清楚。芯片會(huì )基于今天的FinFET工藝技術(shù)或者另一種FD SOI工藝的平面技術(shù)，有望可縮小到10nm節點(diǎn)。但是到7nm及以下時(shí)，目前的CMOS工藝路線(xiàn)圖已經(jīng)不十分清晰。

　　半導體業(yè)已經(jīng)探索了一些下一代晶體管技術(shù)的候選者。例如在7nm時(shí)，采用高遷移率的FinFET，及用III-V族元素作溝道材料來(lái)提高電荷的遷移率。然后，到5nm時(shí)，可能會(huì )有兩種技術(shù)，其中一種是環(huán)柵FET，和另一種是隧道FET(TFET)，它們在比較中有微弱的優(yōu)勢。原因都是因為最終CMOS器件的靜電問(wèn)題，一種是在溝道的四周?chē)@著(zhù)柵極的結構。相比之下，TFETs是依賴(lài)陡峭的亞閾值斜率晶體管來(lái)降低功耗。

　　這場(chǎng)競賽還遠未結束。顯然在芯片制造商之間可能已經(jīng)達成以下共識：下一代器件的結構選擇，包括III-V族的FinFET;環(huán)柵的FinFET;量子阱;硅納米線(xiàn);SOI FinFET和TFET等。

　　未來(lái)仍有很長(cháng)的路要走。除此之外，還有另一條路可能采用一種垂直的芯片架構，如2.5D/3D堆疊芯片以及單片3DIC。

　　總之，英特爾，臺積電和一些其他公司，它們均認為環(huán)柵技術(shù)可能會(huì )略占上風(fēng)。Intel的Mayberry說(shuō)，英特爾也正在研究它，這可能是能被每個(gè)人都能接受的工藝路線(xiàn)圖。

　　芯片制造商可能需要開(kāi)發(fā)一種以上的架構類(lèi)型，因為沒(méi)有一種單一的技術(shù)可為未來(lái)的應用是個(gè)理想的選擇。Intel公司副總裁，元件技術(shù)和制造部主任Michael Mayberry說(shuō)。這不可能是一個(gè)單一的答案，有許多不同的答案，將針對不同的細分市場(chǎng)?！?/p>

　　英特爾同樣也對TFET技術(shù)表示出濃厚的興趣，盡管其他人有不同的意見(jiàn)。最終的贏(yíng)家和輸家將取決于成本，可制造性和功能性。Mayberry說(shuō)，例如，最為看好的是晶體管的柵極四周被碳納米線(xiàn)包圍起來(lái)，但是我們不知道怎樣去實(shí)現它。所以這可能不是一個(gè)最佳的選擇方案，它必須要能進(jìn)行量產(chǎn)。

　　另一個(gè)問(wèn)題是產(chǎn)業(yè)能否保持仍是每?jì)赡甑墓に嚰夹g(shù)節點(diǎn)的節奏。隨著(zhù)越來(lái)越多的經(jīng)濟因素開(kāi)始發(fā)揮作用，相信未來(lái)半導體業(yè)移動(dòng)到下一代工藝節點(diǎn)的時(shí)間會(huì )減緩，甚至可能會(huì )不按70%的比例縮小，而延伸下一代的工藝節點(diǎn)。

　　延伸FinFET工藝

　　在2014年英特爾預計將推出基于14nm工藝的第二代FinFET技術(shù)。同樣在今年，格羅方德，臺積電和三星也分別有計劃推出他們的14nm級的第一代FinFET技術(shù)。

　　intel公司也正分別開(kāi)發(fā)10nm的FinFET技術(shù)，然而現在的問(wèn)題是產(chǎn)業(yè)如何延伸FinFET工藝?對于FinFET技術(shù)，IMEC的工藝技術(shù)高級副總裁，An Steegen說(shuō)，在10nm到7nm節點(diǎn)時(shí)柵極已經(jīng)喪失溝道的控制能力。Steegen說(shuō)，理想的方案是我們可以把一個(gè)單一的FinFET最大限度地降到寬度為5nm和柵極長(cháng)度為10nm。

　　所以到7nm時(shí)，業(yè)界必須考慮一種新的技術(shù)選擇。根據不同產(chǎn)品的路線(xiàn)圖及行業(yè)高管的見(jiàn)解，主要方法是采用高遷移率或者III-V族的FinFET結構。應用材料公司蝕刻技術(shù)部的副總裁Bradley Howard說(shuō)，從目前的態(tài)勢，在7nm節點(diǎn)時(shí)III-V族溝道材料可能會(huì )插入。

　　在今天的硅基的FinFET結構中在7nm時(shí)電子遷移率會(huì )退化。由于鍺(Ge)和III-V元素材料具有較高的電子傳輸能力，允許更快的開(kāi)關(guān)速度。據專(zhuān)家說(shuō)，第一個(gè)III-V族的FinFET結構可能由在pFET中的Ge組成。然后，下一代的III-V族的FinFET可能由鍺構成pFET或者銦鎵砷化物(InGaAs)組成NFET。

　　高遷移率的FinFET也面臨一些挑戰，包括需要具有集成不同的材料和結構的能力。為了幫助解決部分問(wèn)題，行業(yè)正在開(kāi)發(fā)一種硅鰭的替換工藝。這取決于你的目標，但是III-V族的FinFET將最有可能用來(lái)替代鰭的技術(shù)，Howard說(shuō)?；旧?，你做的是替代鰭。你要把硅鰭的周?chē)醚趸锇鼑饋?lái)。這樣基本上是把硅空出來(lái)用III-V族元素來(lái)替代。