美国IBM与新加坡特许半导体制造(Chartered Semiconductor Manufacturing)联合发表了32nm工艺代工服务的发展蓝图。根据公布的蓝图,两公司已于4月4日开始提供宏设计使用的工艺设计五金|工具包(PDK),从2008年9月起,将开始提供IP内核试制用Shuttle Service(以低价格试制5个~100个少量芯片的服务)。特许半导体平台联盟副总裁Walter F. Lange表示,最初的Shuttle Service予约已经排满,量产预定于开始2009年下半年开始。
耗电量比45nm降低45%
IBM和特许半导体在发布发展蓝图的同时,还发布了包括5家伙伴企业在内的7家公司联合开发的32nm Bulk CMOS工艺技术。这是最初启用32nm代工服务的低电力LSI工艺技术。5家公司分别是:韩国三星电子、美国飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)、德国英飞凌科技(Infineon Technologies)、意法半导(STMicroelectronics)以及东芝。其中,三星还是IBM和特许半导体的硅代工业务伙伴企业。
IBM开发的32nm工艺的特征在于在业内首先采用了可利用标准CMOS工艺(先加工栅极工艺)制造的高介电率(high-k)栅极绝缘膜/金属栅极。通过采用该工艺,电路的工作速度与采用多晶Si/SiON叠栅极的45nm工艺相比,最多可提高35%,耗电量最多可降低45%。除了基于32nm工艺的SRAM的工作情况外,NOR和NAND等基本栅极,以及高度集成电路中的high-k/金属栅极的效果也已确认完毕。例如,根据确认,在45nm处理器中导入high-k/金属栅极时,关键路径的性能最大可提高25%。
采用基于先加工栅极工艺的高k/金属栅极
对于代工服务,2家公司计划在包括高性能版在内的全部32nm工艺中采用high-k/金属栅极。2家公司认为,high-k/金属栅极技术还可以应用于22nm工艺。此次的低电力版虽然没有采用应变硅技术,但是,在高性能版方面,将考虑组合high-k/金属栅极和应变硅的使用方法。
在快速加工栅极工艺中,如果在形成栅极的高温退火工序之前采用high-k/金属栅极,那么金属将受高温的影响,导致栅极工作参数变化,晶体管特性容易出现劣化。在业内率先量产high-k/金属栅极的英特尔,通过使用在高温退火后形成栅极的工艺,避免了该问题。
对此,IBM表示,通过选择耐高温的金属材料,使先加工栅极工艺成为了现实。IBM为pMOS和nMOS使用单一金属材料,通过栅极绝缘膜和界面的管理,得到了所需的栅极工作参数。具体方法虽然没有透露,但是根据发言,可以推测是在栅极绝缘膜上设置金属氧化物形成盖层,通过高温退火,使金属在绝缘膜中扩散,由此改变栅极工作参数。