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FinFET 技能中的电路设计:演进仍是革新?

所有大型晶圆代工厂都已宣布 FinFET 技术为其最先进的工艺。Intel 在 22 nm 节点上采用该晶体管,TSMC 在其 16 nm 工艺上使用,而 Samsung 和 GlobalFoundr

一切大型晶圆代工厂都已宣告 FinFET 技能为其最先进的工艺。Intel 在 22 nm 节点上选用该晶体管1,TSMC 在其 16 nm 工艺上运用2,而 Samsung 和 GlobalFoundries 则将其用于 14 nm 工艺中3。与一切新工艺相同,关于 IC 规划人员来说最重要的问题是“这对我意味着什么?”新的,更小的工艺意味着规划人员将可获益于更低的功耗、更高的面积利用率以及源自半导体缩放的其他传统的改善。但除了这些优势外,还存在着必定的学习本钱,以了解新的规划规矩、参数差异,以及有必要施行才能在新节点进行规划的新办法或改善的办法。目前为止,收益总能证明本钱的价值地点。对 FinFET 来说也是这样吗?

与其他一切新技能相同,FinFET 工艺包含一种与学习怎么运用其进行规划相关的本钱。因为 FinFETs 是一种彻底不同的晶体管,问题变成,这种改动是渐进的(典型学习本钱)仍是革命性的(明显学习本钱)。答案取决于你的观念…

渐进

首先要记住的是,关于大多数晶圆代工厂来说,16 nm 和 14 nm 的后道工序 (BEOL) 结构与 20 nm 节点的相同。20 nm 选用了两层曝光 (DP)4,对规划和制作界产生了极大影响。DP 推进了规划流程的改动,是 EDA 东西在规划、验证、寄生参数提取和剖析方面改动的催化剂。

走运的是,DP 的应战就发生在最近。三重曝光或多重曝光业已到来,但并非用于现有的 FinFET 工艺。因为 BEOL 与 20 nm 相同,规划人员最需学习并了解前道工序 (FEOL) 几许形状的改动。图 1 是具有单“鳍片”的 FinFET 器材图示,当然大部分 FinFET 器材都有多鳍片。

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图 1:单“鳍片”FinFET。(信息来历:GLOBALFOUNDRIES)

第一次看到这些器材时,大部分规划人员会问以下问题:

1. 怎么规划?

2. 一个器材应包含多少鳍片?

3. 鳍片尺度/距离应该是多少?

4. 怎么获取所需信息来了解几许形状与电气功能的折衷方案?

这些都是扎手的问题!一般,规划人员,尤其是数字规划人员,在权衡晶体管结构和电气功能时将宽度、长度和面积作为参数进行考量。FinFET 规划的性质或许极大地改动这一切。走运的是,大多数晶圆代工厂已考虑到这一点,并为FinFET 工艺开发了一种与 20nm 及以上工艺相同的规划办法。

没错,关于这第一代 FinFET,规划人员没有规划/开发鳍片(除非是 SRAM 规划人员)。好像之前的节点,%&&&&&% 规划人员将会经过界说器材的宽度、长度和面积来规划晶体管。规划、验证、提取和剖析东西将依据晶圆代工厂的标准将地图分解为鳍片,然后履行必要的剖析来进行物理验证、参数和寄生核算,乃至是履行几许形状填充和电路仿真。

经过这些 EDA 立异,假如你是行将选用 FinFET 工艺的数字规划人员且最近的节点是 20 nm,那么 FinFETs 只不过是一种渐进的改动。BEOL 没有新的内容,物理规划在很大程度上依旧坚持不变,而 EDA 东西担任履行必要的剖析。

革命性

图 2 愈加真实地描绘出了 FinFET,用弧形替代了之前示例中的方框和平面。大部分规划人员都赞同,猜测这种结构的电气功能需求严重立异。器材及其互连周围的电场比他们在传统 MOSFET 中遇到的要杂乱得多。别的,FinFET 器材的驱动才能比相同尺度的 MOSFET 更强,这意味着规划人员在猜测电气行为方面将需求更高的精确度。为满意这些要求,就需求新的技能来进行器材和其互连的建模。

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图 2:弧形结构的 FinFET 图示(TEM 图片来历:ChipWorks;仿真来历:Gold Standard Simulations Ltd.)

别的,从模仿或 IP 规划人员的视点来看,上述规划办法(鳍片由晶圆代工厂施行)并非首选模型。这些规划人员希望能取得更大的自由度,以削减渗漏、匹配驱动才能、进步频率呼应以及推进电气和几许约束,而这些都是固定鳍片无法做到的。依据其性质,这种规划是定制的,而无法控制鳍片数量或巨细关于其间许多规划人员来说是十分别扭。

关于从 28 nm 或以上工艺跳到 FinFET 工艺的定制、模仿或 IP 规划人员来说,这种规划是革命性的,但不必定是字面上的“全新改进”。虽然有东西立异来平缓这种过渡,进行这种规划的办法与其习气的规划办法比较或许更显严厉。选用传统 MOSFET 工艺,这些规划人员规划定制化的晶体管包含定制其尺度和方向。关于 FinFET,规划人员将经过更少的变量来达到所需的电气呼应。有人置疑是否能够经过 FinFET 工艺来完结先进的模仿规划,而关于此问题,已经有许多人评论过了。答案是必定的,但需求对规划办法进行严重改动,且或许需求更多的试验。

参考文献

1 http://www.intel.com/content/www/us/en/silicon-innovations/intel-22nm-technology.html

2 http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1319511

3 http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/news-events/press-releases/detail?newsId=12461

http://www.globalfoundries.com/technology/14XM.aspx

4 https://www.semiwiki.com/forum/content/1403-double-patterning-technology-dac.html

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