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去年夏季，一直走Gate-first工藝路線的臺積電公司忽然作了一個驚人的決定：他們將在其28nm HKMG柵極結(jié)構(gòu)制程技術(shù)中采用Gate-last工藝。不過據(jù)臺積電負責(zé)技術(shù)研發(fā)的高級副總裁蔣尚義表示，臺積電此番作出這種決定是要“以史為鑒”。以下，便讓我們在蔣尚義的介紹中，了解臺積電28nm HKMG Gate-last工藝推出的背景及其有關(guān)的實現(xiàn)計劃。 Gate-last是用于制作金屬柵極結(jié)構(gòu)的一種工藝技術(shù)，這種技術(shù)的特點是在對硅片進行漏/源區(qū)離子注入操作以及隨后的高溫退火工步完成之后再形成金屬柵極;與此相對的是 Gate-first工藝，這種工藝的特點是在對硅片進行漏/源區(qū)離子注入操作以及隨后的退火工步完成之前便生成金屬柵極。 Intel是Gate-last工藝的堅決擁護者，從45nm HKMG制程起便一直在采用這種技術(shù);而IBM/AMD/Gloubalfoudries則堅決固守Gate-first工藝;臺積電則過去支持Gate-first，最近表態(tài)支持Gate-last工藝。 控制Vt門限電壓--臺積電轉(zhuǎn)向Gate-last工藝的起因： 據(jù)蔣尚義介紹，20年前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也同樣面臨類似的難題，當(dāng)時的半導(dǎo)體廠商計劃在NMOS/PMOS管中統(tǒng)一采用N+摻雜的多晶硅材料來制作柵極，不過“廠商們發(fā)現(xiàn)當(dāng)在PMOS管中采用這種柵極材料之后，管子的性能表現(xiàn)并不好，管子的Vt電壓很難降低到理想的水平。為此，有部分廠商試圖往 PMOS管的溝道中摻雜補償性的雜質(zhì)材料，以達到控制Vt的目的。不過此舉又帶來了很多副作用，比如加劇了短溝道效應(yīng)對管子性能的影響能力。” 他繼續(xù)介紹稱，“和20年前一樣，我們現(xiàn)在又遇到了如何控制Vt(管子門限電壓)的難題。”，如今的Gate-first+HKMG工藝同樣存在很難控制管子Vt電壓的問題。盡管廠商可以在管子的上覆層(capping layer)上想辦法對這種缺陷進行補償，不過蔣尚義稱這種方案“其復(fù)雜和困難程度相當(dāng)高”。 如何保證由Gate-first轉(zhuǎn)向Gate-last工藝的管芯密度不變條件： 不過，要從傳統(tǒng)的Gate-first工藝轉(zhuǎn)換到Gate-last工藝，不僅需要芯片代工廠商對工序和制造工藝進行調(diào)整，還需要電路的設(shè)計方對電路的Layout設(shè)計進行較大的調(diào)整，唯此才能在轉(zhuǎn)換工藝后保持產(chǎn)品的管芯密度不變。而臺積電則表示他們已經(jīng)在于客戶商討如何調(diào)整電路設(shè)計方案，以適應(yīng)Gate-last工藝的要求等事宜。 蔣尚義表示：“Gate-last工藝當(dāng)然也存在一些局限性。比如這種工藝制出的管子結(jié)構(gòu)很難實現(xiàn)平整化。不過如果設(shè)計方的Layout團隊能夠在電路設(shè)計方面做出一些改動，那么就可以克服這個問題，使Gate-last工藝制作出來的芯片的管芯密度與Gate-first工藝相近。總之如果要改用Gate-last工藝，要想生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)芯片，代工方和設(shè)計方都要費些心思。” 目前臺積電的設(shè)計服務(wù)團隊正與大客戶的電路設(shè)計Layout團隊一起合作解決這些問題。蔣尚義表示在臺積電和客戶的積極合作之下，采用Gate-last工藝制作出來的芯片管芯密度完全可以達到Gate-first工藝的水平：“有的客戶一開始的時候抱怨連連，曾一度表示如果采用這種新工藝，那么產(chǎn)品的管芯密度很難與Gate-first保持一致，不過經(jīng)過我們多次面對面的商談討論，客戶們已經(jīng)完全接受了這種新的工藝。” Gate-last工藝的邊緣效應(yīng)：可為PMOS管溝道提供額外的硅應(yīng)變力： 另外，據(jù)蔣尚義介紹，臺積電的Gate-last工藝不僅解決了主要問題，而且還可以為PMOS管溝道提供額外的硅應(yīng)變力(其原理與Intel HKMG Gate-last工藝能為PMOS管溝道提供額外硅應(yīng)變力的原理是相同的)。 臺積電的28nm制程實施計劃： 按早先發(fā)布的消息，臺積電今年將啟用三種不同的28nm制程工藝技術(shù)，這三種制程工藝分別是： 1-“低功耗氮氧化硅柵極絕緣層(SiON)工藝”(代號28LP); 2-"High-K+金屬柵極(HKMG)高性能工藝“(代號28HP); 3-”低功耗型HKMG工藝“(代號28HPL)。 這里請注意只有后兩種工藝中才采用了Gate-last工藝。其中28LP制程技術(shù)臺積電此前曾多次宣稱會在明年第二季度開始投產(chǎn)，這種工藝的特征是柵極采用傳統(tǒng)的氮氧化硅電介質(zhì)+多晶硅柵極進行制造，制造成本較低，實現(xiàn)較為簡單，主要用于手機和各種移動應(yīng)用。 據(jù)介紹，臺積電計劃今年中期推出首款28nm制程，這種制程中的柵極絕緣層將采用SiON材料制作(對應(yīng)上面的28LP制程)。蔣尚義表示：“在28nm制程節(jié)點，我們的SiON柵極絕緣層技術(shù)將被推向極致。此后我們可能不會繼續(xù)應(yīng)用SiON材料制作柵極絕緣層，而會改變制作絕緣層的材料。”他表示SiON制程在成本方面的優(yōu)勢更為明顯，并且非常適合那些對管子的漏電量并不十分敏感的應(yīng)用場合;而對管子漏電量要求較高的客戶則可以選擇28nm high-k柵極絕緣層技術(shù)來制作自己的產(chǎn)品。 臺積電的28nm+SiON制程將于今年第二季度末進行投產(chǎn)，屆時臺積電會將與這種制程有關(guān)的內(nèi)部互聯(lián)，設(shè)計規(guī)則等等相關(guān)事項一一解決。“這樣，到今年年底前，我們便可以集中精力解決28nm+HKMG制程的問題(對應(yīng)上面的28HP/28HPL制程)，并于今年年底推出28nm+HKMG制程技術(shù)。” 在被問及轉(zhuǎn)向28nm制程工藝的風(fēng)險程度時，蔣尚義表示：“有些制程節(jié)點的升級相對較為容易，比如從90nm轉(zhuǎn)向65nm的技術(shù)難度和風(fēng)險便較低。不過我認為從40nm轉(zhuǎn)向28nm制程的風(fēng)險是相當(dāng)高的，當(dāng)然我們已經(jīng)做好了有關(guān)各個方面的準(zhǔn)備，比如工藝可靠性，以及產(chǎn)品良率控制等等。從2006到2009年，我們的技術(shù)團隊成員數(shù)已經(jīng)增長了一倍，我們很有信心在這次沖擊28nm制程節(jié)點的戰(zhàn)役中取勝!” 臺積電：Gate-last工藝必將一統(tǒng)天下: 蔣尚義還預(yù)測稱未來半導(dǎo)體業(yè)界的制程技術(shù)必然最終倒向Gate-last工藝：“我相信目前仍堅守Gate-first陣營的廠商在22nm制程節(jié)點將被迫轉(zhuǎn)向采用Gate-last工藝。我不是在批評他們，只是認為他們最終會改變觀念的。除非他們能找到一種成本低，極具創(chuàng)意的方案來控制管子的門限電壓，否則他們必然要轉(zhuǎn)向Gate-last工藝。” |
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ZT: 晶圓代工 一大二小成形 2010-01-29 工商時報【記者涂志豪／臺北報導(dǎo)】 根據(jù)市調(diào)機構(gòu)IC Insights最新統(tǒng)計，2009年全球晶圓代工市場前10大廠排名基本上沒有太大變化，雖然受到金融海嘯沖擊，但臺積電仍穩(wěn)居龍頭寶座，年度營收與二哥聯(lián)電間也維持約3倍的差距。而值得注意之處，是Globalfoundries合并特許后，營收與聯(lián)電相差不大，中芯則因退出記憶體市場，營收大幅滑落。所以，未來晶圓代工市場將呈現(xiàn)一大二小的三足鼎立版圖，前3大廠囊括75％市占率。 根據(jù)IC Insights針對全球17家晶圓代工廠的統(tǒng)計報告，去年全球晶圓代工市場營收規(guī)模約達190.91億美元，與2008年的210.88億美元市場規(guī)模相較，衰退了約9.4％，主要仍是受到2008年底金融海嘯的沖擊。不過，因2009年第2季后，晶圓代工廠接單強勁復(fù)蘇，市場規(guī)模年減率低于1成，表現(xiàn)上已優(yōu)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)平均約12％至14％的年減率。 以排名來看，臺積電去年營收雖衰退約15％，但仍穩(wěn)坐全球第1大廠寶座，營收規(guī)模與二哥聯(lián)電間的差距，仍維持在3倍左右。至于第3大廠特許已拉大與第4大廠中芯間的差距，主要原因在于特許收購了日立新加坡廠，但中芯退出DRAM市場，一消一長間，營運規(guī)模的差距自然拉大。 去年超微正式切割制造部門獨立為晶圓代工廠Globalfoundries，并在去年底合并了特許，若兩家業(yè)者營收合計來看，約達26億美元，與聯(lián)電間的差距并不大，所以今年聯(lián)電若能合并和艦，營收規(guī)模或可與Globalfoundries間維持一定差距，但是兩家晶圓代工廠的競爭亦將十分激烈。 分析師認為，臺積電、聯(lián)電、Globalfoundries等前3大廠已占了晶圓代工市場高達75％市占率，等于市場版圖未來將呈現(xiàn)一大二小的三足鼎立式競爭。至于由IBM主導(dǎo)、以IDM廠產(chǎn)能為主的通用平臺（Common Platform），雖然技術(shù)能力與前3大晶圓代工廠并駕齊驅(qū)，但去年的營運及接單表現(xiàn)并不理想，今年有無機會爭取到新訂單突圍而出，則是另一個值得觀察的重點。 |
