[行業動態]英特爾最新FinFET制程是其代工戰略中的關鍵

在最近的超大規模集成電路（VLSI，VLSI Symposium）研討會上，英特爾詳細介紹了其最新的“Intel 3”制造工藝。與之前的“英特爾 4”工藝相比，Intel 3-PT工藝在相同功耗下性能提升了 18%。雖然 FinFET（鰭式場效應晶體管）技術自 2011 年推出以來已被廣泛采用，最后一代使用 FinFET 結構的產品，標志著向更先進技術的過渡。此外，這項技術對該公司成為代工廠并為其他公司生產高性能芯片的計劃至關重要。

Intel 3工藝的重要特征之一是引入了偶極功函數金屬（DFM），它允許芯片設計人員選擇不同閾值電壓的晶體管。閾值電壓（VT_TT）決定了晶體管開啟或關閉的水平，對于芯片的整體性能至關重要。工藝可以在單個芯片上實現四種不同閾值電壓的晶體管，從而優化不同功能模塊的性能。例如，緩存存儲器通常需要高閾值電壓以減少電流泄漏，而其他電路可能需要低閾值電壓以實現更快的開關速度。

閾值電壓由晶體管的柵極堆疊、控制晶體管電流的金屬層和絕緣層設置

從歷史上看，“金屬的厚度決定了閾值電壓，”英特爾負責鑄造技術開發的副總裁Walid Hafez解釋道，“功函數金屬越厚，閾值電壓就越低?！钡S著器件和電路的規?？s小，這種對晶體管幾何形狀的依賴也帶來了一些缺點。

制造過程中的小偏差會改變柵極中金屬的體積，導致閾值電壓的范圍有些寬。這就是Intel 3工藝從只為自己生產芯片到作為代工生產芯片的轉變。

Hafez表示，“外部代工廠的運營方式與英特爾等集成設備制造商的運營方式非常不同?！?鑄造客戶“需要不同的東西……他們需要的東西之一是閾值電壓的變化非常小?！庇⑻貭柌煌患词箾]有嚴格的閾值電壓容差，它也可以通過將性能最好的部件轉向數據中心業務，而將性能較低的部件轉向其他細分市場來銷售所有部件。

“很多外部客戶不這么做，”他說，“如果一個芯片不符合他們的限制，他們可能不得不放棄它。所以，Intel 3要想在代工領域取得成功，就必須有非常嚴格的變化?！?/p>

工藝的關鍵創新

偶極功函數材料保證了對閾值電壓的必要控制，而不必擔心柵極中有多少空間。傳統上，金屬厚度越大，閾值電壓越低。然而，隨著工藝節點的縮小，這種方法的精度受到了挑戰，制造過程中的微小偏差可能導致較寬的閾值電壓范圍。

在Intel 3-PT工藝中，偶極功函數材料確保了對閾值電壓的精確控制，從而滿足外部代工客戶對芯片一致性和可靠性的需求。這一創新使英特爾在代工市場更具競爭力，與臺積電和三星等領先代工廠形成了差異化。這種結構的確切成分是什么是商業秘密，但鑭是早期研究中的一種成分，也是比利時微電子研究中心Imec提出的其他研究中的關鍵成分。這項研究關注的是如何最好地圍繞水平硅帶堆疊而不是一兩個垂直鰭構建材料。

INTEL

在這些被稱為納米片或柵極全能晶體管的器件中，每個硅帶之間只有納米，因此偶極子是必要的。三星已經推出了一種納米片工藝，英特爾的20A工藝計劃在今年晚些時候推出。Hafez說，在Intel3中引入偶極功函數有助于使20A及其繼任者18A進入更成熟的狀態。

Intel 3的工藝

偶極功函數并不是Intel 3比前代產品提高18%的唯一技術。Intel 3工藝還包括多項技術改進：更完美的鰭片，提高了晶體管的電特性一致性；更清晰的晶體管接觸，減少了接觸電阻；以及更低的互連電阻和電容，提升了整體電路的性能和效率。這些技術改進共同推動了英特爾 3 工藝相較于前代產品性能提升 18%。（Hafez在這里詳細介紹了這一切：

https://community.intel.com/t5/Blogs/Intel-Foundry/Intel-Foundry/Intel-Delivers-Leading-Edge-Foundry-Node-with-Intel-3-Technology/post/1607454。

英特爾計劃使用Intel 3-PT工藝制造其新一代Xeon 6 CPU。這種工藝將推出三種技術變體，包括3-PT版本，該版本采用9微米硅通孔（TSV），用于3D堆疊技術。英特爾預計英特爾3-PT將成為其代工工藝的核心，持續為高性能芯片制造提供支持。Hafez表示：“我們預計Intel 3-PT將在未來一段時間內成為我們鑄造工藝的支柱。”

文章來源：IEEE電氣電子工程師學會