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「集成电路」10nm技术节点大战:台积电vs.三星(3)

2018-10-08 07:05:33 网络整理 阅读:138 评论:0

FinFET结构与特性

进一步看看两者间鳍片结构的差异,通过TEM的图像以及EDS图像,我们可以解析其极细微的差异,图4a、4b呈现的是i8以及S8中鳍式硅基板的形貌,包含了N型(N-Fins)以及P型(P-Fins)结构。

「集成电路」10nm技术节点大战:台积电vs.三星(3)

图4:(a)i8 FinFET结构的TEM图像;(b)S8 FinFET结构的TEM图像;(c)i8 FinFET结构的EDS图像;以及(d)S8 FinFET结构的EDS图像

两者的设计间存在着一些差异:首先,i8的N-Fins结构有二分之一的底部是相连的,这里跟S8的每个鳍片彼此间有很大的不同;表1统整了一些N-Fins的指标性尺寸,在这里我们可以发现两家的工艺设计走向不一样的路线,S8致力于增加与栅极接触的鳍片高度(Fin High)与鳍片宽度(Fin Width),因此S8在这两个数字上都是略胜i8的,这个设计完全符合FinFET增加通道面积的概念。虽然i8可能在通道面积上略小于S8,但其鳍片间距却比S8小非常多,因此我们认为i8除了增加通道面积外,也兼顾缩小单元面积大小,因而能大幅增加SRAM单元数量。

「集成电路」10nm技术节点大战:台积电vs.三星(3)

表1:鳍片的高度、宽度与间距差异:i8 vs. S8

另一方面是材料的选择,从图4c、4d的EDS图像显示,两种10nm的FinFET成分组成是大同小异的,而且也没有出现跟以往不同的新材料,但是,i8在P-Fins的设计上有一个较独特的地方,我们发现了明显的锗(Ge)信号出现在鳍片上,而且整整涵盖了三分之一的鳍片,意即i8直接将锗元素添加于P-Fins结构中;而对照S8的设计,在P-Fins结构的顶端也可观察到锗信号,但是非常微弱,而且只占整体十分之一的鳍片长。

在2016年IEEE国际电子元件会议(International Electron Device Meeting,IEDM)的一篇文章‘Setting the Stage for 7/5 nm’中提及,在鳍片中添加锗确实能够有效地提升电洞的迁移率,,而且三星、GLOBALFOUNDRIES、IBM皆已计划在7nm工艺中使用,目前各厂尚未量产或大量添加,原因可能是尚未完全克服添加锗后形成的错位跟缺陷,但我们的确看到台积电已经在10nm量产中使用此技术领先群雄。

SiGe组成与应变

在目前的工艺中,磊晶所生长的硅锗(SiGe)结构系利用硅锗与硅之间晶格常数差异产生应变,从而提高载子的迁移率,这使得逻辑元件在相同尺寸下,性能可以得到很大的提升。为了让读者一窥SiGe全貌,我们准备一个极薄(依照图5中栅极下缘high-k材料的边界及其下方的鬼影判断,我们制备的样品宽度为一个鳍片左右,约5——10nm)的样品来观察鳍片上方磊晶的SiGe结构。

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图5:(a)i8与(b)S8平行鳍片方向栅极与SiGe结构;(c)i8与(d)S8 SiGe结构处的EDS元素分布图

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