在下一代的晶体管

大卫油炸,首席技术官Coventor坐下来和半导体工程讨论集成电路产业,中国、缩放、晶体管和过程的技术。以下是摘录的谈话。

SE:在最近的一次圆桌会议讨论你谈到的一些集成电路产业面临的巨大挑战。你的一个大问题涉及的不确定性技术驱动程序将推动未来集成电路扩展。目前尚不清楚如何推动7和5 nm。你能详细吗?

炸市场:我们骑的CPU。cpu真的开车很多逻辑技术扩展。然后突然间,移动踢和移动真的开车技术扩展数年。现在,在记忆方面,同样的一些东西开车动态随机存取记忆体。但现在,随着快闪记忆体,你所看到的只是大量的应用驾驶密集,便宜非易失存储器。每个人都有很多在手机内存。的内存数量是难以置信的。这些商业或消费产品波开车缩放技术。内存扩展的产品驱动程序是非常一致的。每个人都需要更多的内存更小的外形相对应。视频带宽上升和8 k。所以内存需求比例明显更健康。逻辑的需求比例很难弄清楚。我不是说它不存在。 I am saying CPU and mobile might not be as intense as it was when it was driving us up the curve. So what is it that will drive scaling? It’s not物联网。物联网不推动先进的缩放技术。物联网驱动器导数技术。它使年长的和更成熟的平摊晶圆厂,但物联网本身不开车最先进的技术。所以是gpu,游戏和虚拟现实?也许虚拟现实成为商业成功的产品驱动程序。虚拟CPU将推动发展和显示技术。有这些东西。但目前尚不清楚赌什么。

SE:中国集成电路产业是另一个热门话题。国家花费数十亿美元在集成电路领域和建筑几个新晶圆厂。你怎么看中国?

炸:如果中国不是已经,他们得到的领导人在半导体产品的消费。但他们仍然生产不到世界5%的半导体产品。发生了什么是,中国很快将他们的能力和容量。他们只是把很多消费。

SE:中国有近二十多个新工厂项目。有太多工厂产能的危险吗?

炸:基本上,中国确实有一个“如果你构建它,他们会来的情况。如果加多20%的能力,这将是完整的一夜。如果他们产能增加200%,这将是完整的一夜之间,因为他们只是消费驱动内部生产需求。这本身不是驾驶先进技术。它的驾驶能力。所以他们想把一些生产带回家。它可能会吸一些产品的其他国际设施。但老实说,将晶圆厂在中国是谁?许多国际公司。他们刚刚开始生产在国内这个东西。

SE:中芯国际发展与计划船14 nm finFETs他们到2020年或更早。中国可以finFETs出门吗?

炸这是东西容易吗?不,它是不容易的。他们能放在一起14海里吗finFET技术在某种程度上?是的,当然,他们可以。他们是非常聪明的人。他们需要这样做在台积电的时间表吗?不,他们是如此落后,时间表。这个计划并不重要。

SE:还有什么?

炸:还记得中国正努力解决。他们正在解决消费问题。他们正在解决容量问题。他们不是坐着,说:“如果我只能做7海里,我们将这个问题。“这不是问题。现在,问题是他们不想让这个东西在另一个国家。

SE:让我们搬到技术。铸造厂是移动到10纳米和7纳米finFET技术。当然,节点名称混乱,并不是所有10 nm和7纳米技术是一样的。但你能说大约10 nm和7海里吗?

炸:10 nm是艰苦的,和7海里是严厉的。14 nm, 10 nm和7海里是一个相对较进化的扩展路径。14 nm, 10 nm和7海里”,让它更小,解决了什么。”我过度简化它,当我说,“修复的坏了。“这里有很多工程。有很多新流程、新沉积技术,新的腐蚀控制和新光刻技术计划。所以有很多。但它是相对进化的从设备的角度来看。

SE:最大的挑战是什么10 nm和7海里吗?

炸现在:middle-of-line互连是战场。Middle-of-line是很困难的。它具有空间约束的前端和后端。前端的物质约束。自由设计,前端或后端都没有,所以有更多的形状和结构来管理。我们看到在22纳米的困难。坏在14 nm。在10纳米,它几乎是毁灭性的。然后我们要做7海里。

SE:你能描述middle-of-line(摩尔)?

炸:你需要从最低水平的连接互联的晶体管。所以有一些金属化方案还有联系。还有各种不同的和有趣的设计。我联系门吗?我联系源/漏吗?我联系吗?我飞过门吗?有各种各样的管理非常复杂的设计构造。这是令人难以置信的复杂。有很多拓扑。 It has to be very low resistance.

SE:我们会看到像摩尔的钴材料变化?

炸:在middle-of-line,经典的堆栈是一种钨填补。第一个班轮是钛、氮化钛,钨。你要记住的是,不仅仅是钨。有衬里的电影。这不仅仅是什么材料你充满。如果去一个不同的材料允许你做一些新的密实填充,它可以让你摆脱那些班轮的电影之一,这是一个巨大的胜利。所以不仅仅是‘你能填补更好的使用一些材料吗?“也”,我可以减少所需衬垫因为我改变了我的材料?“有一个可信的场景,你从钨材料从根本上是一个更高的阻力,但你可以得到更好的填补你失去更少的区域和衬垫。所以实际上提高了螺柱阻力。 In addition, cobalt has been thrown around by a lot of people and a lot people are trying it. We haven’t used cobalt fill in manufacturing. Nobody has made that public yet.

SE:那么,当然,这个行业继续面临挑战backend-of-the-line (BEOL),由微小的互联。任何想法吗?

炸:当你进入backend-of-the-line,钽、氮化钽和铜。后台-线已经不容易了。有点不同的挑战。它并不具有相同的拓扑middle-of-line挑战,但是你需要一遍又一遍地重复这个过程。你的问题用你上升。此外,后端温度很低。如电介质材料,多孔材料是性能。基本上,你是盖房子的卡片在柔软的材料。

SE:你希望看到BEOL转变材料吗?

炸:很多这些物质的变化会发生在接下来的两个节点,说7点或5 nm。我希望看到钴或钌。我对任何不够自信的把钱。钴是到达那里。衬垫是有趣的在BEOL和摩尔。找出衬垫是棘手的东西。我们已经在那些经典方案这么多年。我们已经知道,你必须阻止水分进入。你必须有一个障碍电迁移。这些衬垫和障碍提供了很多关键构造结构。你想摆脱它们,但你不能。你去这些新材料系统,我们试图消除和优化的模具中,会有很多学习。

图1:FEOL BEOL。资料来源:维基百科

SE: finFET持续多长时间,接下来是什么?是gate-all-around或纳米线场效应晶体管?

炸:我怀疑7海里看起来非常进化。它将finFET。如果我们看到一个改变finFET之外,它可能是在5海里。但请记住,一个侧面gate-all-around纳米线的设备就像finFET有两个额外的蚀刻。从一个finFET横向gate-all-around纳米线设备非常进化。我希望我们开始看到,在5海里。除此之外,我们没有多少可见性。

SE: gate-all-around场效应晶体管给你买什么?

炸:它让你做的就是让一个设备与一个长度较短的门。长度和较短的门让你适应一个更严格。就是这样。设备,从现在的角度来看,高电阻。它有寄生。这不是一个伟大的设备性能,但它可以让你的规模。

图2:Gate-all-around场效应晶体管。来源:洛桑联邦理工

SE:是足够的和具有成本效益的吗?

炸:这是划算的,如果它让你足够的规模。如果你需要几纳米栅长度,它让你适应一个球场,我们可以扩展前端,得到二维扩展,并开始得到1.8 x芯片晶圆相对于以前的技术。那么它将是有意义的。这将是有效的。

SE: gate-all-around制造业的差距是什么?

炸:如果晶片是平面,平面处理相对比较容易。你看下面的晶片。你使用腐蚀和沉积。FinFET的地板已经带来了一些挑战,你必须关心侧壁上的东西。finFET,突然,把一些3 d结构。我们必须做好过程,如沉淀的东西保形像“肾上腺脑白质退化症”胎侧和腐蚀。你需要良好的过程控制轮胎的结构,而不仅仅是在平面结构。有过程和计量影响。当我们去纳米线,突然间,你开始把材料下面的事情。所以你需要更多的保形性沉积技术,更多的腐蚀和蚀刻控制功能下面,然后也计量。测量你放在那里,测量下你所建立的质量是具有挑战性的。

SE:有大量的晶体管候选人5 nm和超越,如负电容场效应晶体管,隧道场效应晶体管和垂直纳米线。然后,当然,还有post-CMOS设备像自旋电子学。任何想法吗?

炸:Tunnel-based设备是很有趣的。隧道是一个已知的现象。的电流驱动通常很低。但问题是,如果我们进入这些政权,我们要杀死当前的静电学这样我们可以扩展,也许这些TFETs突然开始看起来有点更有吸引力。有一些很有趣的设备,允许您在尺寸上和电压缩放。如果你变得很陡峭的亚阈值设备你可以开始去quarter-volt技术。它可能是一个相当大的优势。

SE:我们谈了很多关于极端紫外线光刻技术(EUV)。有很多不太知名的挑战就像光子散粒噪声,对吧?

炸:EUV几乎是在那里。问题是,“几乎是要帮助吗?我们的问题得到名义尺寸的顺序。光子散粒噪声一直存在。我们已经印刷更大的形状。这噪音被隐藏在其他五个变异来源。现在我们真的很紧。我们已经摆脱了很多其他的变异来源。我们有一个更高的能量和更少的光子在更小的体积。和突然变化开始成为长杆在帐棚里。 It’s not new. We’ll figure it out.

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