超越10nm工艺后 器件性能还有可能提高

　　在“2016 Symposia on VLSI Technology”（6月13日～17日于美国檀香山举办）上，继“Plenary Session”（全体会议）之后，在Session T2“Technology Highlighted Session”上，也涌现出了许多关于10nm工艺技术的论文。在本届Symposium采纳的86篇论文中，有12篇被选为焦点论文，其中4篇在 Session T2的Highlighted Session上发表。

　　这些论文论文研究的对象是使用Si、SiGe、InGaAs等不同通道材料的FinFET技术，以及STT-MRAM。会上，相关讨论也趋于白热化，在会议结束后，众多听众将发布者团团围住，气氛十分热烈。

　　近年来，随着硅集成电路微细化暴露出局限性，研究者围绕摩尔定律消亡后器件技术的发展方向展开了讨论。尽管存在这样的情况，但在这次的Highlighted Session上，关于10nm工艺器件技术的论文依然很多，表明基于微细化的高性能化还在推进，势头依然强劲。

　　实现4种Vth

　　首先，三星电子公司发布了10nm工艺Si FinFET技术（演讲序号2.1），其主要特点是通过改进栅极堆栈实现4种Vth，改善了翅片形成、触点等多项工艺。

　　各个部分均实现了微细化，与14nm工艺相比，速度提高了27％，在相同速度下，功耗降低了40％，而且SRAM单元尺寸达到了0.04μm2。虽然韩国近期发表的论文在数量上不及以往，但这次发布依然展现出了三星雄厚的集成化技术。

　　接下来，IBM与GLOBALFOUNDRIES公司发布了使用SiGe作为通道材料的10nm节点技术（演讲序号2.2）。这项技术与三星的一大差别是pMOS采用了SiGe通道，nMOS则使用通常的硅。

　　论 文表明，通过为pMOS采用Ge浓度为20％的SiGe，不仅使移动度提高35％，有效电流提高17％，还大幅改善了NBTI（NegaTIve Bias Temperature Instability，负偏压温度不稳定性）。该论文指出，提高特性的关键在于通过降低氧浓度减少缺陷。而且还提供了4种Vth，与三星的10nm平台 形成了鲜明对比。

　　InGaAs晶体管找到实用化道路

　　台积电第3个登台，介绍了使用比SiGe更先进的InGaAs的 FinFET（演讲序号2.3）。InGaAs通道通过外延生长的方式在300mm硅晶圆上形成。在硅晶圆上实现了与在晶格匹配的InP基板上生长的器件 相同的性能，达到了现有InGaAs晶体管最大的通态电流，这是一项重大技术进展。要想将InGaAs投入实用，关键是生长、加工工艺等全部环节都要利用 硅平台，这篇论文指明了达成这一目标的方法。

　　最后，美国TDK Headway Technologies发布了关于提高STT-MRAM写入速度的论文（论文序号2.4）。在不降低数据保存特性的前提下，通过使写入脉冲宽度减少到 750ps，成功利用8MB阵列实现了3ns脉冲的写入。通过实现次纳秒高速写入，开辟出了通往MRAM LLC缓存的道路。

　　关于 10nm工艺以后的技术，除上面介绍的Highlighted Session外，在Session T9“Technology Scaling Beyond 10nm”上也发布了很多相关论文，其中也包括焦点论文。例如，TSMC发布了面积为0.03μm2、比前面介绍的三星的更小的微细SRAM单元（论文序 号9.1）。IBM发布Ge浓度高达60％以上的SiGe-FinFET技术，证明了这项技术能够实现有效栅极绝缘膜厚度为0.7nm、翅片宽度为4nm 的微细化（论文序号9.3）。

　　在人们早已意识到微细化即将达到极限的情况下，表明通过微细化可以提高性能的论文却层出不穷，这说明在超越 10nm工艺之后，至少在一段时间内，器件的性能还有可能继续提高。笔者衷心期待技术在超越10nm之后，向着7nm节点继续迈进。（特约撰稿人：远藤和 彦，VLSI Symposia委员）