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节点

半导体制造中的节点是指节点生产线可以在集成电路上创造的特征,如互连间距、晶体管密度、晶体管类型等新技术。
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描述

什么是节点?

全节点目标是增加晶体管密度,通常是主要技术变化的地方(如高k/金属栅极和finFET)介绍。节点,也称为节点间,提供完整节点的进一步优化。

芯片由晶体管而且互联.晶体管起着开关的作用。互连装置位于晶体管的顶部,由微小的铜线组成,将电信号从一个晶体管传输到另一个晶体管。

芯片有10到15层铜互连。一般来说,第二层金属,称为金属二层(M2),具有最紧密的音高。从历史上看,技术节点名称是基于所使用的最紧凑音高的一小部分。然而,节点名称已经从主题转移到下一个节点和特性上。今天,节点名称通常被认为是一个营销术语。节点名称和规格不再与M2间距相对应,并且在不同供应商之间也不匹配。

在每个节点上,芯片制造商将晶体管规格放大0.7倍。使用光刻技术通过缩小晶体管尺寸的技术,该行业在每个节点上实现了15%的性能提升,加上35%的成本降低,50%的面积增加和40%的功耗降低。芯片制造商在不同的工艺节点上使用数值纳米名称,如90nm、65nm、45nm等,这个公式是有效的。

然而,在28nm制程之后,情况开始恶化。英特尔继续遵循0.7倍的扩展趋势。但在16nm/14nm时,其他人偏离了传统的方程,放松了金属音高。

更重要的是,在28nm之后,晶体管规格的缩放变得更加困难。光刻技术提供了一些但不是所有规格的缩小。因此,每晶体管成本(缩放中的一个关键指标)不再以陡峭的线性曲线向下移动。

此外,由于设计成本不断上升,越来越少的代工客户能够负担得起转移到高级节点。根据Gartner的数据,16nm/14nm芯片的平均IC设计成本为8000万美元,而28nm平面器件的平均IC设计成本为3000万美元。根据Gartner的数据,2019年7nm芯片的设计成本为2.71亿美元。

对于许多客户来说,转向16nm/14nm的finfet变得非常昂贵,但并非所有应用程序都需要前沿节点(如物联网或汽车)。

有代工客户可以承担高级节点的设计成本。他们需要智能手机等传统应用的最新流程。高级节点的其他驱动力包括人工智能/机器学习、高性能计算和加密货币。

为了实现这一目标,半导体行业不能停止,甚至不能放缓,这就是芯片制造商继续寻找新方法来推动芯片规模化的原因。其中许多都属于过度扩张的范畴。英特尔称之为“超规模化”。

例如,从22nm/20nm开始,芯片制造商开始使用193nm浸没式光刻以及各种多模制技术。为了将间距降低到40nm以上,多重制模涉及在晶圆厂使用多个光刻、蚀刻和沉积步骤的过程。

与此同时,结构已经从平面3 d。的finFET就是最好的例子。然后,你有门过度接触和其他。这反过来又改变了材料的综合组合。

然后,在另一个例子中,供应商使用设计技术协同优化技术。这里的想法是在每个节点的标准单元布局中减少轨道高度和单元大小。

标准单元格是设计中预先定义的逻辑元素。单元格以网格形式排列。轨道定义了标准单元格布局的高度。例如,10nm可能具有7.5轨道高度,栅极间距为64nm,金属间距为48nmImec

然后,根据Imec的说法,在7纳米处,高度从7个轨道减少到6个轨道,这导致栅极和金属间距分别为56纳米和36纳米。这反过来又提供了0.52倍的扩展。

从14nm开始,英特尔进一步引入了双高磁道技术,将两组磁道组合在一起,以降低整体电阻,提高性能。

这项技术是否会降低传统的每晶体管成本曲线,这是一个有争议的问题。但这种技术和其他技术正在成为平衡的必要组成部分。

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