硅納米線：芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的下一大熱門

晶體管架構(gòu)方面的下一步很可能是硅納米線——這種極薄的硅導(dǎo)線將組成晶體管的溝道，四面由環(huán)繞式二氧化硅圍住，這種二氧化硅就叫高K金屬柵極（high-K metal gate）。

IBM公司的半導(dǎo)體研究開發(fā)中心主任Gary Patton在加利福尼亞州圣克拉拉召開的2012年通用平臺(tái)技術(shù)論壇大會(huì)（CPTF 2012）上發(fā)表了主題演講，他說：“這是終極的全耗盡器件。不是只在兩面或三面上有柵極——它完全把硅納米線器件封裝起來。”

好幾代工藝以來，傳統(tǒng)的普通的平面晶體管（扁平晶體管）用在芯片中，只是現(xiàn)在才被三維鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）所取代——英特爾稱之為“三柵極”（Tri-Gate）。CPTF 2012有相當(dāng)一部分的內(nèi)容用于討論通用平臺(tái)技術(shù)論壇的主要成員（IBM、三星和GlobalFoundries）在FinFET方面的計(jì)劃，但是下一代硅納米線技術(shù)同樣得到了大家的關(guān)注。

IBM的半導(dǎo)體技術(shù)研究主任Mukesh Khare在CPTF的一場會(huì)議上介紹了硅納米線晶體管，他先回顧了在這個(gè)領(lǐng)域所取得的進(jìn)展：先是解放電子的應(yīng)變硅，然后是高K金屬柵極晶體管的漏電保護(hù)，最后介紹了全耗盡的FinFET器件/三柵極；全耗盡是指沒有令人討厭的松散的電子。他說：“一旦我們知道了某項(xiàng)技術(shù)，也知道了如何從中受益，我們會(huì)一直使用它。”

這些進(jìn)步是累積性的：高K金屬柵極晶體管是應(yīng)變的；FinFET晶體管既有應(yīng)變硅，又有高K金屬柵極。Khare說：“這建立在以往投入到技術(shù)路線圖上的技術(shù)創(chuàng)新上。”

他巧妙地問道：“FinFET之后的下一個(gè)發(fā)展階段是什么？”然后自己作了回答。“納米線；在我們看來，這是終極的硅器件。”

他提到FinFET時(shí)說：“現(xiàn)在面對的是三維。你在三個(gè)平面上做文章。換成納米線后，就相當(dāng)于有了圓柱體；而在圓柱體中，你的柵極完全繞在器件周圍——沒有比這個(gè)更理想的了。”

Khare表示，現(xiàn)在許多研究實(shí)驗(yàn)室“的研發(fā)工作開展得非常順利”，試圖充分利用FinFET晶體管技術(shù)的所有進(jìn)步，并將它們引入到未來的硅納米線中。他說：“納米線方面我們在開展一項(xiàng)龐大的計(jì)劃，研究如何把三維FinFET工藝集成和工藝技術(shù)引入到終極的納米線技術(shù)。”

倒不是說硅納米線很快就會(huì)出現(xiàn)在商業(yè)級芯片中。就基于FinFET的芯片而言，還有大量的調(diào)整、優(yōu)化和完善工作有待去做，當(dāng)然還有縮小尺寸的工作。 FinFET“不會(huì)是某一代的解決方案，將是好多代的解決方案。”

他談到了2010年開展的工作，他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組能夠使用FinFET的一些技術(shù)，制造出完全可以工作的25級環(huán)形振蕩器CMOS電路。他說：“而這些納米線的尺寸縮小到了3個(gè)納米直徑大小。”Patton在發(fā)表主題演講時(shí)提到了同一器件，聲稱這是“在確保硅納米線為高級的研發(fā)階段作好準(zhǔn)備方面而邁出的一大步。”

Khare對組裝芯片設(shè)計(jì)師們說：“很顯然，為了從3個(gè)納米直徑的圓柱體獲得電流，需要大量的技術(shù)創(chuàng)新，也需要做大量的工作，但這是我們的工作，這也是我們大家在努力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。”

補(bǔ)充說明：

三星的尹鐘植（Jong Shik Yoon）目前帶領(lǐng)該公司的邏輯器件開發(fā)團(tuán)隊(duì)，致力于20nm和14nm工藝方面的研發(fā)。他說到了FinFET的尺寸可以縮小到8個(gè)納米，而某種FinFET-納米線混合體的尺寸更是有可能縮小到5個(gè)納米。

他說：“我不知道尺寸縮小到5個(gè)納米以下會(huì)出現(xiàn)什么情況。但是我認(rèn)為在坐的大多數(shù)人不需要為此而操心。我會(huì)在家里與妻子一起看看，我們的年輕一代在將來會(huì)如何向前邁進(jìn)。這就是我要做的事情。”