【产通社,3月24日】随着晶体管尺寸的不断缩小,HKMG(high-k绝缘层+金属栅极)技术几乎已经成为45nm以下级别制程的必备技术。不过在制作HKMG结构晶体管的技术方面,业内却存在两大各自固执己见的不同阵营,分别是以IBM为代表的Gate-first技术流派和以Intel为代表的Gate-last技术流派,尽管两大阵营均自称只有自己的技术才是最适合制作HKMG晶体管的技术,但一般来说使用Gate-first技术实现HKMG结构的难点在于如何控制PMOS管的Vt电压(门限电压),而Gate-last技术的难点则在于技术较复杂,芯片的管芯密度同等条件下要比Gate-first技术低,需要设计方积极配合修改电路设计才可以达到与Gate-first技术相同的管芯密度级别。
其中,Gate-last阵营方面,目前已经表态的除了Intel公司之外(从45nm制程开始,Intel便一直在制作HKMG晶体管时使用Gate-last技术),主要还有芯片代工巨头台积电(TMSC),后者是最近才决定在今年推出的28nm HKMG制程产品中启用Gate-last技术。
Gate-first阵营中,支持者主要是以IBM为首的芯片制造技术联盟Fishkill Alliance的所属成员,包括IBM、英飞凌(Infineon)、NEC、Global Foundries、三星(Samsung)、意法半导体(STMicroelectronics)以及东芝等公司(Toshiba),尽管该联盟目前还没有正式推出基于HKMG技术的芯片产品,但这些公司计划至少在32/28nm HKMG级别制程中会继续使用Gate-first技术,不过最近有消息传来称联盟中的成员三星则已经在秘密研制Gate-last技术。另外,台湾联电公司(UMC)的HKMG技术方案则较为特殊,在制作NMOS管的HKMG结构时,他们使用Gate-first技术,而制作PMOS管时,他们则会使用Gate-last技术。
专家指出,不管使用Gate-first和Gate-last哪一种技术,制造出的high-k绝缘层对提升晶体管的性能均有重大的意义。high-k技术不仅能够大幅减小栅极的漏电量,而且由于high-k绝缘层的等效氧化物厚度(EOT: equivalent oxide thickness)较薄,因此还能有效降低栅极电容。这样晶体管的关键尺寸便能得到进一步的缩小,而管子的驱动能力也能得到有效的改善。
不过,采用high-k绝缘层的晶体管与采用硅氧化物绝缘层的晶体管相比,在改善沟道载流子迁移率方面稍有不利。