【IEDM2024】台积电、IMEC、IBM、英特尔1纳米制程利器CFET最新进展

原创 芯思想 2024-10-27 13:01

从平面晶体管(Planar FET),到鳍式场效应晶体管(FinFET,Fin Field-Effect Transistor),再到全环绕栅或围栅(GAA,Gate-all-Around),都是为了减少漏电,降低功耗。

尽管 GAA FET技术还未获得业界大规模采用,但下一代 CFET 技术已被提上日程,这项技术被视为下一代半导体技术的重要发展方向,有望在未来实现进一步的工艺尺寸微缩。

自2004年北京大学博士张盛东在2004年的论文《A stacked CMOS technology on SOI substrate》中完成堆叠互补晶体管(stacked CMOS)的雏形。2018年imec在VLSI技术会议发表的论文《The Complementary FET (CFET) for CMOS scaling beyond N3》中提出互补场效应晶体管(CFET,Complementary FET)概念。目前,有关CFET的研究正在加快进行。

IEDM2024,台积电、IMEC、IBM、英特尔和三星等各大半导体公司的研究人员将汇聚一堂,分享关于垂直堆叠互补场效应晶体管(CFET)技术的最新研究成果。

(台积电)2.1 2nm Platform Technology featuring Energy-efficient Nanosheet Transistors and Interconnects co-optimized with 3DIC for AI, HPC and Mobile SoC Applications

台积电在该论文中介绍了处于风险生产阶段的N2制程,这将是目前世界上最先进的工艺制程。N2表示相较N3,在相同功耗下,速度增快~15%,或在相同速度下,功耗降低~30%,同时集成度达1.15倍。新的N2平台采用GAA纳米片晶体管;具有有史以来最密集的SRAM后端互连(~38Mb/mm2);以及提供巨大设计灵活性的整体系统技术协同优化(STCO)架构。

该架构包括一个可扩展的铜基再分配层和一个平坦的钝化层(用于更好的性能、强大的CPI和无缝的3D集成);以及通过硅通孔或TSV(用于具有F2F/F2B堆叠的电源/信号)。研究人员表示,N2平台目前正在进行风险生产,计划于2025年下半年大规模生产。N2P(N2的5%速度增强版)的目标是在2025年完成资格认证,并在2026年大规模生产。

(台积电)2.5 First Demonstration of Monolithic CFET Inverter at 48nm Gate Pitch Toward Future Logic Technology Scaling

台积电研究人员Sandy Liao在IEDM2023公布了一种用于逻辑技术扩展的实用单片CFET架构方法,今年在该工作基础上。在该论文中介绍mCFET(monolithic complementary field-effect transistor)的技术进展,关键突破包括垂直偶极子图案化、垂直金属化漏极局部互连以及背侧中线接触和互连集成。

在该论文中以行业领先的48nm栅极间距构建第一个功能齐全的先进CFET反相器。该反相器由堆叠的n-FET-on-p-FET纳米片晶体管制成,现在具有背面接触和互连,以提高性能和增加设计灵活性。该反相器件在高达1.2V的电压传输特性下表现出良好的平衡,n和p器件的亚阈值斜率均为74-76mV/V。研究人员表示,这种完全可操作的CFET逆变器的成功演示标志着CFET技术进步的一个重要里程碑,为未来的逻辑技术扩展以及功率、性能、面积和成本(PPAC)属性的进步铺平了道路

上半部分详细描述了单片CFET触点和局部互连,显示了垂直金属化漏极局部互连(vMDLI);MD和VD来自正面过程,BMD和BVD来自背面过程;下半部分重点介绍了BVG的实现

显示单片CFET逆变器在VDD=1.2 V下的电压传输特性

(英特尔)2.2 Silicon RibbonFET CMOS at 6nm Gate Length

英特尔在该论文中展示了栅极长度(LG)为6nm的RibbonFET CMOS晶体管特性,Nanoribbon的Si层厚度缩放被证明可以改善短沟道效应,而不会对3nm以下的性能造成损失,

为了证明摩尔定律未死,英特尔提出超级缩放晶体管概念。英特尔的研究人员将证明,硅可以继续支持未来技术节点所需的极端栅极长度缩放。他们将描述如何在45nm接触多晶硅间距(CPP,相邻晶体管栅极之间的间距)下构建栅极长度为6nm的RibbonFET CMOS晶体管(英特尔版本的纳米片),而不会降低电子迁移率(电子在材料中的移动速度)。研究人员将证明,电子迁移率在3nm Tsi(硅厚度)之前不会降低,低于3nm时,由于表面粗糙度导致的电子散射成为一个问题。他们将描述他们如何通过巧妙的功函数工程在这些栅极长度下以极低的阈值电压实现良好的短沟道控制(在<4nm Tsi时≤100mV/V)。这项工作表明,3nm是RibbonFET的实际缩放限制。

显示了LG=18nm时漏极诱导势垒降低(DIBL)与硅厚度(Tsi)的关系。当Tsi从10nm缩放到1.5nm时,它显示出减少;然而DIBL还原在Tsi<4nm处饱和,低于该值时获得的增益很小。在相同的Tsi下,PMOS DIBL相对于NMOS DIBL升高;显示了具有低至1.5nm的各种Tsi值的1NR晶体管的TEM显微照片

(a)1NR 6nm RibbonFET器件的TEM显微照片和EDX扫描

(b-d)1NR 6nm栅极长度下Tsi=5.5nm、3.1nm和1.7nm的高分辨率横截面TEM

(imec)2.4 Double-Row CFET: Design Technology Co-Optimization for Area Efficient A7 Technology Node

imec在该论文中指出CFET器件架构有望在后FinFET时代实现功率、性能和面积可扩展性,double-row CFET较middle-of-line工艺简单,且有40%的面积和约12%的功率扩展潜力。

(IBM)2.8 Monolithic Stacked FET with Stepped Channels for Future Logic Technologies

IBM在该论文中提出了一种单片堆叠FET架构,其特征是阶梯式沟道结构,其中底部FET沟道比顶部宽。这种设计通过降低总堆叠高度来缓解高纵横比工艺的挑战,并且与相同占地面积下的均匀沟道宽度对应物相比,提供了更好的性能。除了阶梯式沟道外,我们的集成硬件工作还具有上下沟道中介电隔离、上下源极/漏极隔离和双功函数金属的特点。随着先进技术面临着巨大的功率、性能和面积缩放压力,这项工作将狭窄的道路扩展到纳米片架构之外。

芯思想 中国半导体正能量传播平台。为中国半导体产业服务,我们都是中国半导体产业腾飞的见证人。新闻分析,精彩评论,独家数据,为您定制信息,欢迎拍名片回复,和行业精英交流。
评论 (0)
  • 曾几何时,汽车之家可是汽车资讯平台领域响当当的“扛把子”。2005 年成立之初,它就像一位贴心的汽车小助手,一下子就抓住了大家的心。它不仅吸引了海量用户,更是成为汽车厂商和经销商眼中的“香饽饽”,广告投放、合作推广不断,营收和利润一路高歌猛进,2013年成功在纽交所上市,风光无限。2021年更是在香港二次上市,达到了发展的巅峰,当年3月15日上市首日,港股股价一度高达184.6港元,市值可观。然而,如今的汽车之家却陷入了困境,业务下滑明显。业务增长瓶颈从近年来汽车之家公布的财报数据来看,情况不容
    用户1742991715177 2025-04-07 21:48 86浏览
  • 在人工智能技术飞速发展的今天,语音交互正以颠覆性的方式重塑我们的生活体验。WTK6900系列语音识别芯片凭借其离线高性能、抗噪远场识别、毫秒级响应的核心优势,为智能家居领域注入全新活力。以智能风扇为起点,我们开启一场“解放双手”的科技革命,让每一缕凉风都随“声”而至。一、核心技术:精准识别,无惧环境挑战自适应降噪,听懂你的每一句话WTK6900系列芯片搭载前沿信号处理技术,通过自适应降噪算法,可智能过滤环境噪声干扰。无论是家中电视声、户外虫鸣声,还是厨房烹饪的嘈杂声,芯片均能精准提取有效指令,识
    广州唯创电子 2025-04-08 08:40 134浏览
  • 在万物互联时代,智能化安防需求持续升级,传统报警系统已难以满足实时性、可靠性与安全性并重的要求。WT2003H-16S低功耗语音芯片方案,以4G实时音频传输、超低功耗设计、端云加密交互为核心,重新定义智能报警设备的性能边界,为家庭、工业、公共安防等领域提供高效、稳定的安全守护。一、技术内核:五大核心突破,构建全场景安防基座1. 双模音频传输,灵活应对复杂场景实时音频流传输:内置高灵敏度MIC,支持环境音实时采集,通过4G模块直接上传至云端服务器,响应速度低至毫秒级,适用于火灾警报、紧急呼救等需即
    广州唯创电子 2025-04-08 08:59 109浏览
  • 在全球电子产业面临供应链波动、技术迭代和市场需求变化等多重挑战的背景下,安博电子始终秉持“让合作伙伴赢得更多一点”的核心理念,致力于打造稳健、高效、可持续的全球供应链体系。依托覆盖供应商管理、品质检测、智能交付的全链路品控体系,安博电子不仅能确保电子元器件的高可靠性与一致性,更以高透明的供应链管理模式,助力客户降低风险、提升运营效率,推动行业标准升级,与全球合作伙伴共同塑造更具前瞻性的产业生态。动态优选机制:构建纯净供应链生态安博电子将供应商管理视为供应链安全的根基。打造动态优选管控体系,以严格
    电子资讯报 2025-04-07 17:06 74浏览
  •   工业自动化领域电磁兼容与接地系统深度剖析   一、电磁兼容(EMC)基础认知   定义及关键意义   电磁兼容性(EMC),指的是设备或者系统在既定的电磁环境里,不但能按预期功能正常运转,而且不会对周边其他设备或系统造成难以承受的电磁干扰。在工业自动化不断发展的当下,大功率电机、变频器等设备被大量应用,现场总线、工业网络等技术也日益普及,致使工业自动化系统所处的电磁环境变得愈发复杂,电磁兼容(EMC)问题也越发严峻。   ​电磁兼容三大核心要素   屏蔽:屏蔽旨在切断电磁波的传播路
    北京华盛恒辉软件开发 2025-04-07 22:55 157浏览
  • 贞光科技作为三星电机车规电容代理商,针对电动汽车领域日益复杂的电容选型难题,提供全方位一站式解决方案。面对高温稳定性、高可靠性、高纹波电流和小型化等严苛要求,三星车规电容凭借完整产品矩阵和卓越技术优势,完美满足BMS、电机控制器和OBC等核心系统需求。无论技术选型、供应链保障、样品测试还是成本优化,贞光科技助力客户在电动汽车产业高速发展中占据技术先机。在电动汽车技术高速发展的今天,作为汽车电子系统中不可或缺的关键元器件,电容的选型已成为困扰许多工程师和采购人员的难题。如何在众多参数和型号中找到最
    贞光科技 2025-04-07 17:06 65浏览
  •     在研究Corona现象时发现:临界电压与介电材料表面的清洁程度有关。表面越清洁的介电材料,临界电压越高;表面污染物越多的地方,越容易“爬电”。关于Corona现象,另见基础理论第007篇。    这里说的“污染物”,定义为——可能影响介电强度或表面电阻率的固体、液体或气体(电离气体)的任何情况。    IEC 60664-1 (对应GB/T 16935.1-2023) 定义了 Pollution Degree,中文术语是“污染等
    电子知识打边炉 2025-04-07 22:06 78浏览
  •     根据 IEC术语,瞬态过电压是指持续时间几个毫秒及以下的过高电压,通常是以高阻尼(快速衰减)形式出现,波形可以是振荡的,也可以是非振荡的。    瞬态过电压的成因和机理,IEC 60664-1给出了以下四种:    1. 自然放电,最典型的例子是雷击,感应到电力线路上,并通过电网配电系统传输,抵达用户端;        2. 电网中非特定感性负载通断。例如热处理工厂、机加工工厂对
    电子知识打边炉 2025-04-07 22:59 99浏览
  • HDMI从2.1版本开始采用FRL传输模式,和2.0及之前的版本不同。两者在物理层信号上有所区别,这就需要在一些2.1版本的电路设计上增加匹配电路,使得2.1版本的电路能够向下兼容2.0及之前版本。2.1版本的信号特性下面截取自2.1版本规范定义,可以看到2.1版本支持直流耦合和交流耦合,其共模电压和AVCC相关,信号摆幅在400mV-1200mV2.0及之前版本的信号特性HDMI2.0及之前版本采用TMDS信号物理层,其结构和参数如下:兼容设计根据以上规范定义,可以看出TMDS信号的共模电压范
    durid 2025-04-08 19:01 94浏览
  • 及时生产 JIT(Just In Time)的起源JIT 起源于 20 世纪 70 年代爆发的全球石油危机和由此引发的自然资源短缺,这对仰赖进口原物料发展经济的日本冲击最大。当时日本的生产企业为了增强竞争力、提高产品利润,在原物料成本难以降低的情况下,只能从生产和流通过程中寻找利润源,降低库存、库存和运输等方面的生产性费用。根据这种思想,日本丰田汽车公司创立的一种具有特色的现代化生产方式,即 JIT,并由此取得了意想不到的成果。由于它不断地用于汽车生产,随后被越来越多的许多行业和企业所采用,为日
    优思学院 2025-04-07 11:56 103浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍转手绢、跳舞、骑车、后空翻,就在宇树、智元等独角兽企业率领“机器人大军”入侵短视频时,却有资本和科技大佬向此产业泼了一盆冷水。金沙江创投管理合伙人朱啸虎近日突然对人形机器人发难,他表示“最近几个月正在批量退出人形机器人公司”。“只是买回去做研究的,或者买回去做展示的,这种都不是我们意义上的商业化,谁会花十几万买一个机器人去干这些活?”朱啸虎吐槽。不过,朱啸虎的观点很快就遭到驳斥,众擎机器人的创始人、董事长赵同阳回怼道:“(朱啸虎)甚至问出了人形机器人在这个阶段有什么
    华尔街科技眼 2025-04-07 19:24 123浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦