一对一:Aaron Thean

《半导体工程》杂志与Imec工艺技术副总裁兼逻辑器件研发项目主任Aaron Thean坐下来讨论了工艺技术、晶体管趋势和其他主题。

SE:芯片制造商正在提高16nm/14nm的逻辑节点，10nm和7nm的研发正在进行中。目前10nm和7nm的时间表是什么?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内: 10nm正在路上。我们将在2016年的时间框架内看到风险产生。所以现在每个人都在忙着做7nm，或者开始做7nm。7nm的风险生产将在2018年开始，这意味着大部分研究必须在2016年之前完成。这是一个粗略的时间表。你可以想象那有多忙乱。因此，在两年的时间框架内，我们将锁定7nm的研究选项。

SE:什么时候需要对一个节点进行研发?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:在风险产生之前通常需要两年时间。然后在这两年的时间里，人们会经历开发阶段，在这个阶段他们会把技术准备好投入生产。它不属于任何特定的人，但这是今天的普遍节奏。

SE: Imec在逻辑上做什么?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:我们现在正在研制7nm和5nm。我们的研究正在向5nm方向发展。

SE:目前最大的挑战是什么?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内：FinFETs相当成功。你可以看到很多人采用它，但是finfet的寄生是一个很大的挑战。有接触电阻和耦合电容。我们正在努力解决其中一些问题。我们还讨论了下一代晶体管技术，如栅极全能纳米线。这些也是我们正在研究的技术。制作这种东西并不容易。它比finfet难一个数量级。然而，它的价值定位是存在的。

SE:有人说，当翅片宽度低于5nm时，finFET可能会耗尽气体。是这样吗?接下来会发生什么?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:目前，finfet的翅片厚度约为7nm至8nm。也许你可以在下一个节点到达5nm。在5nm及以上，我们将需要寻找更多奇异的通道材料。我们还将研究纳米线架构。我们正在评估基于垂直的电路，其中实现静电的方式可能比横向设备更容易一些。但它们在布局和电路架构方面也有自己的挑战。

SE:将III-V材料引入渠道有什么挑战?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:挑战仍然是材料和门堆。就人们在硅上花费的时间而言，III-V并不享有与硅相同的好处。所以它还不够成熟。然而，III-V确实带来了一些性能方面的好处。关键问题是带隙。它是一种窄带隙材料。所以如果你真的想在我们今天的工作电压下运行它，你可能会得到相当多的带对带隧道。这就增加了泄漏。这是我们需要理解的。其次，栅极堆栈的可靠性比硅更具挑战性。 That needs a little bit more work. The third thing is scalability. When you squeeze a III-V channel down, you do see a quantization effect. There is a penalty to pay there. So those three things mean that a III-V device may have to be in a unique architecture.

SE: III-V通道材料什么时候会出现在集成电路设计中?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内我们还在努力中。但我们正在从5nm的角度来研究它，而不是7nm。正如我之前提到的，时间已经接近7纳米了。7nm的研究必须在2016年之前完成。

SE:业界正在讨论10纳米/7纳米通道中的锗和/或硅锗。有哪些挑战？

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:锗和III-V都在研究中。锗是IV族材料，有利于与硅的协整。硅锗可能会更早上市。硅锗比锗更容易处理。但是如果你想增加硅锗的含量，你就必须增加锗的含量然后你就开始接近纯锗了。锗的能带隙也很窄。它在带对带泄漏方面也有同样的问题。这意味着它必须和其他东西协整。

SE:行业会在渠道中采用III-V材料吗?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内如判决还没有出来。我们仍在努力。说实话，我们已经在III-V和硅的结合上取得了巨大的进步。它带来了很多不同的可能性。例如，你可能会集成那些通常用III-V比硅更好制造的设备。比如光电子学。在Imec，我们正在研究在硅上协整的单片III-V激光器。但是III-V会以finFET的形式出现吗?我们还不太清楚。但我们已经开发的处理能力可以让我们做到这一点。

SE:一些人认为finFET可以扩展到7纳米。7纳米和/或5纳米工艺还有其他选择吗?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:到7nm时，静电性能受到严重挑战。这意味着为了得到我们今天所拥有的相同的静电，我们必须在通道中做一些根本不同的事情。这决定了设备的结构。这就是为什么我们把纳米线作为一种选择。纳米线是什么?是纯硅吗?是硅锗?是锗还是III-V?我们仍在研究。今天，如果你看准备就绪，硅是没有问题的。 Silicon-germanium is not a big problem. The pieces are there. In terms of germanium for the PFET, we have most of the pieces as well. There are still a lot of questions for III-V, but there is a big value proposition in terms of mobility. That’s where things stand as we see it today. So there is still a lot of work to do.

SE:纳米线fet的发展路线图是什么?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内今天，我们先来看横向结构。它从顶部看起来像一个鳍，但它被分割成门的各个部分。这样，你至少可以维持我们今天在finfet中看到的亚阈值摆动水平，但在一个更小的门长。

SE: Imec也在研究垂直纳米线，对吧?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:我们仍在评估5nm及以上的性能。这是一个更具破坏性的实现。它确实让你更容易扩展。有了垂直的纳米线，III-V可能会成为一个有吸引力的选择。

SE:怎么样?隧道场效应晶体管?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内那项工作仍然相当有活力。人们正在取得良好的进步。其中一些仍然有很多根本性的问题。但很明显，人们想要找到一款坡度较大的设备。这个概念看起来非常具有革命性，但技术也相当先进。它可能需要III-V选择过程。问题是你如何将它们与不同的材料结合起来。

SE: Imec也在研究量子阱finfet，对吧?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:这就像硅锗通道装置。那可能是量子阱finFET设备。这是一类具有异构通道的设备。

SE: Imec正在开发FD-SOI吗?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内我们在这方面没有大规模的努力。然而，这是一个非常合理的方法。对于那些追求低功耗应用的人来说，这是一个很好的选择。

SE: 5纳米及更远的技术可能会发生什么?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:我们正在接近横向纳米线结构可能会失去动力的临界点。这就是为什么我们要研究更新奇的设备。例如，TFET将在那里获得更多关注。甚至一些超越cmos类型的活动也将开始出现。

SE:这涉及到2D材料吗?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:是的，就像diselenides。这些是过渡金属二卤属化合物材料。它们很有趣，因为它们本质上有更宽的带隙。它们适合成为类似晶体管的通道材料。我们正在关注这些事情。我们的想法是，我们可以使用这些材料来制造设备，我们可以与传统的CMOS结合来增加功能，而不一定是CMOS的替代品。

SE:让我们回到7nm工艺。其他的挑战是什么?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:当我们在研究7nm时，电路变得非常拥挤。所以即使你能把晶体管装进去，也很难把它们连在一起。每个晶体管虽然很小，但至少需要三到四个连接。你可以想象连接它们的电线有多多。所以交通拥堵正成为一个大问题。这就是为什么人们正在寻找能够减少设备数量的新型设备架构。

SE:有什么想法吗2.5 d，三维集成电路,或单片3D芯片?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内：在矽通过允许在功能块级别进行堆叠。应该能起飞。最终，人们将开始考虑超出块级的堆叠，例如晶体管级。如果你试着把它缩小到晶体管水平，那么你就有了这种顺序的或单片的3D处理。这项技术目前还没有明确的规划。目前还不清楚应该怎么做，但这是一个活跃的研究领域。

SE:怎么样?EUV?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:需要EUV。这样生活就轻松多了。我们需要任何可以得到的帮助，尤其是在图案方面。事情已经够难的了。

SE:在晶圆厂的工具技术方面缺少什么?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内:我们希望有一天能够有选择地控制表面，比如生长和去除材料。原因很清楚。你会看到越来越多的非平面结构。但大多数的加工仍是基于平面加工。所以如果你有办法从侧面进入这些结构，那将会很有帮助。这可能成为未来材料和工具供应商关注的焦点。

SE:你能详细说明一下吗?

中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内今天，选择性外延是这种技术的一种形式。但我们需要的不仅仅是形成晶体物质。我们需要这种技术来处理介质、金属和其他东西。