专家聚首谈FinFET趋势下3D工艺升级挑战

日前，SeMind举办了圆桌论坛，邀请半导体设计与制造的专家齐聚一堂，共同探讨未来晶体管、工艺和制造方面的挑战，专家包括GLOBALFOUNDRIES的高级技术架构副总裁Kengeri SUBRAMANI ，Soitec公司首席技术官Carlos Mazure，Intermolecular半导体事业部高级副总裁兼总经理Raj Jammy以及Lam公司副总裁Girish Dixit。

SMD ：从你们的角度来看，工艺升级短期内的挑战是什么?

Kengeri ：眼下，我们正在谈论的28nm到20nm转移。如果你回去看历史，每一代产品过渡都会有挑战。当我在ASMC上做主题演讲时，我曾问与会者，技术挑战和经济成本的挑战，哪一个是当今最大的威胁?大家纷纷表示每个节点的过渡最大的问题其实还是经济因素。眼下，这种过渡包括四个方面：电气性能缩放、物理尺寸缩放、成本缩放以及可靠性。我们知道目前除了英特尔，其他家的20nm仍采用平面工艺，这就要求我们利用双重光刻技术，因此尽管尺寸缩放了，但成本并不一定缩放，因此所有这一切因素需要权衡与组合。我们可能在20nm只采取单一平台，以实现不同的应用。另外一点就是附属开发的准备，包括EDA、也包括整个生态系统，也许你的技术实现了，但缺乏相对应的设备以及设计软件，同样是会失败的。

Dixit：从设备商的角度来看，越来越多的客户需要定制化，这次是非常具体的集合形状和类型的布局，如果你看10年前，可能有一两个不同标准，但现在，至少有10种以上测试标准，这本身就说明每个客户都在关注不同的性能指标。一个东西可能用在这地合适，但其他应用则不一定合适。

SMD ：说到3D ，从平面晶体管到FinFET的挑战是什么?

Jammy：正如刚刚所说，我们绝大部分公司都在16nm或14nm制程上才考虑FinFET，我们目前确实有很多工具都是面向平面世界的，因此Metrology等是不一样的，此外我们需要提供3D架构下的EDA工具。

Kengeri ：FinFET是具有挑战性的，但我并不认为这是个不可逾越的鸿沟，比如当时的HKMG问题也得到了解决，而现在双重光刻是个难题，此外还有包括Metrology等其他挑战，另外AC-DC、缺陷密度一及良率等，不过我们早已提前进行研发布局，所以，我认为目前FinFET的量产没有任何无法解决的问题。

SMD ：对于起初的FinFET元件，为何GlobalFoundries要结合14nm FinFET与20nm-LPM的技术?

Kengeri ：FinFET是一项新的且有风险的技术，但这并不意味着我们就要去冒险，因此我们需要在现有平台上开发，双光刻技术在20nm时的投入是巨大的，因此我们从平面成熟做起，可以将风险降到最低。

SMD ： FD-SOI始于28nm，并且还可以扩展三代产品，你们是如何看的?

Mazure：从器件角度来说， FinFET与SOI在未来是可以共存的，并没有取代这么一说，今天随着意法半导体以及GlobalFoundrie在FDSOI上的准备已就绪。

Kengeri ：所以我们为客户提供FinFET与FDSOI两种制程，无论客户想继续平面工艺还是进入3D，两者都有自己的独特优势，应该由客户自己选择。

SMD：让我们探讨下7nm和5nm节点，未来被称为高迁移率的FinFET的挑战是什么?

Jammy：工艺永远是变化的，但好在我们知道如何应对变化，其中最主要的是确保我们所走的路线是正确的。现在，我们有将近61种周期表元素进入到芯片设计上，我们未来也许利用锗制作PFET或者三五族化合物制作NFET器件。但潜在的问题是，如何确保低的漏电，如何确保结晶质量，如何获得正确的工具，如何控制污染，控制外延质量等等。所有这些问题基本都是制造问题。另外一点，如果你一旦移动到锗元素上，栅极堆叠、闸极堆叠以及刻蚀等都会成为问题。我们要像剥洋葱一样将所有问题层层剥离，其中大部分并不是无法解决的问题，更多是工程上的挑战。

Kengeri：我们现在已经进入到3D FinFET中，未来我们可不可以做更大的鳍，可不可以有新的材料做前端，但实际上，只有前端是不够的，我们仍要考虑后端缩放，实际上相对于前端，源漏的缩放进程已经放缓了，但我们还是去寻找更新的材料，或者利用空气间隙。

Mazure：锗或者三五族元素都有可能称为FinFET的重要材料，未来我们一定要实现450mm晶圆，而据我所致，现在没有办法在450mm晶圆上批量生长锗，因此外延技术还需要进一步升级。

SMD ：对于未来内存市场，您有何感觉?

Jammy：内存市场上3D已经发生了，我们正在远离电子储存，寻找新的电阻特性材料，但问题是如何去处理新材料，物理特性如何?如何转化为有效的集成电路?

SMD：我认为7nm和5nm的节点将需要更多晶圆厂的工艺步骤，对吗?哪些进程将需要的大部分步骤?

Dixit：清理将是非常大一部分，毕竟把所有不同类型材料结合在一起，有温度和污染的限制。

SMD ：从设备的角度来看，你看到什么?

Dixit：必须看到误差，这是一个巨大的因素。比如一个10nm的线，如何获得相同尺寸和相同的高度，以相同的角度构成相同的几何布局将是一个巨大的挑战。