在最近的超大規(guī)模集成電路（VLSI，VLSI Symposium）研討會(huì)上，英特爾詳細(xì)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(chǎng)效應(yīng)晶體管）技術(shù)自 2011 年推出以來(lái)已被廣泛采用，最后一代使用 FinFET 結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，標(biāo)志著向更先進(jìn)技術(shù)的過(guò)渡。此外，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)該公司成為代工廠并為其他公司生產(chǎn)高性能芯片的計(jì)劃至關(guān)重要。

Intel 3工藝的重要特征之一是引入了偶極功函數(shù)金屬（DFM），它允許芯片設(shè)計(jì)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(kāi)啟或關(guān)閉的水平，對(duì)于芯片的整體性能至關(guān)重要。工藝可以在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)四種不同閾值電壓的晶體管，從而優(yōu)化不同功能模塊的性能。例如，緩存存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)更快的開(kāi)關(guān)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(shè)置

從歷史上看，“金屬的厚度決定了閾值電壓，”英特爾負(fù)責(zé)鑄造技術(shù)開(kāi)發(fā)的副總裁Walid Hafez解釋道，“功函數(shù)金屬越厚，閾值電壓就越低?！钡S著器件和電路的規(guī)?？s小，這種對(duì)晶體管幾何形狀的依賴也帶來(lái)了一些缺點(diǎn)。

制造過(guò)程中的小偏差會(huì)改變柵極中金屬的體積，導(dǎo)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(chǎn)芯片到作為代工生產(chǎn)芯片的轉(zhuǎn)變。

Hafez表示，“外部代工廠的運(yùn)營(yíng)方式與英特爾等集成設(shè)備制造商的運(yùn)營(yíng)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。”英特爾不同；即使沒(méi)有嚴(yán)格的閾值電壓容差，它也可以通過(guò)將性能最好的部件轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)，而將性能較低的部件轉(zhuǎn)向其他細(xì)分市場(chǎng)來(lái)銷售所有部件。

“很多外部客戶不這么做，”他說(shuō)，“如果一個(gè)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(lǐng)域取得成功，就必須有非常嚴(yán)格的變化?！?/p>

工藝的關(guān)鍵創(chuàng)新

偶極功函數(shù)材料保證了對(duì)閾值電壓的必要控制，而不必?fù)?dān)心柵極中有多少空間。傳統(tǒng)上，金屬厚度越大，閾值電壓越低。然而，隨著工藝節(jié)點(diǎn)的縮小，這種方法的精度受到了挑戰(zhàn)，制造過(guò)程中的微小偏差可能導(dǎo)致較寬的閾值電壓范圍。

在Intel 3-PT工藝中，偶極功函數(shù)材料確保了對(duì)閾值電壓的精確控制，從而滿足外部代工客戶對(duì)芯片一致性和可靠性的需求。這一創(chuàng)新使英特爾在代工市場(chǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力，與臺(tái)積電和三星等領(lǐng)先代工廠形成了差異化。這種結(jié)構(gòu)的確切成分是什么是商業(yè)秘密，但鑭是早期研究中的一種成分，也是比利時(shí)微電子研究中心Imec提出的其他研究中的關(guān)鍵成分。這項(xiàng)研究關(guān)注的是如何最好地圍繞水平硅帶堆疊而不是一兩個(gè)垂直鰭構(gòu)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(gè)硅帶之間只有納米，因此偶極子是必要的。三星已經(jīng)推出了一種納米片工藝，英特爾的20A工藝計(jì)劃在今年晚些時(shí)候推出。Hafez說(shuō)，在Intel3中引入偶極功函數(shù)有助于使20A及其繼任者18A進(jìn)入更成熟的狀態(tài)。

Intel 3的工藝

偶極功函數(shù)并不是Intel 3比前代產(chǎn)品提高18%的唯一技術(shù)。Intel 3工藝還包括多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)：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(shù)改進(jìn)共同推動(dòng)了英特爾 3 工藝相較于前代產(chǎn)品性能提升 18%。（Hafez在這里詳細(xì)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(jì)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(shù)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(shù)。英特爾預(yù)計(jì)英特爾3-PT將成為其代工工藝的核心，持續(xù)為高性能芯片制造提供支持。Hafez表示：“我們預(yù)計(jì)Intel 3-PT將在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)成為我們鑄造工藝的支柱?！?/p>

文章來(lái)源：IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì)