Die Entwicklung immer anspruchsvollerer und energieeffizienterer CMOS-Technologien für Mobilgeräte, Clients und Cloud Computing hängt in erster Linie von den steten Verbesserungen der Herstellungstechnologien ab, die schliesslich die komplexen ICs realisieren. Eine der Erfolg versprechenden Chiptechnologien sind im Moment die FinFETs, die einen sehr hohen Forschungsaufwand verzeichnen konnten und bereits in den ersten kommer-ziellen Produkten integriert sind.
Aber diese Technologie ist sehr komplex und ihr Fortkommen ist noch auf keinen Fall festgeschrieben. Deshalb wird die Fachwelt die IEDM-Vorträge von Intel und IBM über deren Entwicklung der 14-nm-FinFET-Technologie mit besonderer Aufmerksamkeit verfolgen. Dieser Node wird nämlich für die Halbleiterindustrie und ihre Kunden ein sehr wichtiger Meilenstein sein. Alle modernen Transistoren verfügen über einen Kanal für die Stromleitung sowie ein oder mehrere Gates, um diesen Strom ein- und auszuschalten. FinFETs haben lange und dünne, finnenähnliche Kanäle, die von mehreren Gates umgeben sind. Dieses Design bringt eine bessere Performance und eine erhöhte Energieeffizienz mit sich.
Intel setzt auf Bulk-Silizium
Intel begann die kommerzielle Verwendung der FinFET-Transistoren in deren «Ivy Bridge»- und «Haswell»-Prozessoren in Verbindung mit der 22-nm-Fertigungstechnik. Die neue 14-nm-«Broadwell»-Technologie basiert auf einem Bulk-Siliziumsubstrat, befindet sich in der Serienproduktion und bietet die Basis für Intels neue CPU-Serie.
Wichtiger Teil des Intel-Vortrages ist eine spezielle Dotierungstechnik, mit der man Stromleckagen unter den Finnen vermeidet, wobei besondere Dotierungen die Spezifikationsvarianten einengen. Weitere besondere Merkmale sind luftisolierte elektrische Verbindungen auf zwei Ebenen mit Abständen von 80 und 160 nm, wodurch man eine 17-prozentige Verminderung bei den Kapazitätsverzögerungen erzielte. Hinzu kommen acht Verbindungsebenen mit einer Dichte von 52 nm, die in low-k Dielektrika embedded sind. Bemerkenswert beim embedded 140-MByte-SRAM-Speicher ist die Zellengrösse von nur 0,0588 µm2 sowie ein gesättigter Treiberstrom, der wesentlich höher ist als derjenige der 22-nm-FinFET-Generation. Die Transistoren benötigen eine Versorgungsspannung von nur 0,7 V. Diskutieren wird man auch das hohe Aspektverhältnis – 8 nm breit, 42 nm hoch – der rechteckigen Finnen mit ihrer bemerkenswerten Uniformität.
IBM kontert mit SOI
Die IBM-Experten werden eine ganz andere Realisierung ihres 14-nm-FinFET-Transistors zeigen. Dieser Typ basiert auf einem isolierten Substrat, bekannt als SOI. Dieses Material ist zwar teurer als Bulk-Silizium, bietet aber hinsichtlich der Isolierung eine einfachere Herstellung. IBMs 14-nm-Transistor ist mehr als 35 Prozent schneller als die firmen-eigene 22-nm-Standard-Planarversion und benötigt eine Betriebsspannung von nur 0,8 V.
Die IBM-Technologie bietet den wohl kleinsten und komplexesten Embedded-DRAM-Speicher mit einer Zellengrösse von 0,0174 µm2 mit einer sehr schnellen Performance in einem voll integrierten Prozessverlauf. Ein sogenannter «Dual-Workfunction»-Prozess optimiert zudem die Schwellenspannungen der NMOS- und PMOS-Transistoren, ohne die Mobilität im Kanal zu beeinträchtigen. Das sind wichtige Voraussetzungen für schnelle Applikationen, die nur einen geringen Energieverbrauch aufweisen dürfen.
IBM plant die Verwendung dieser 14-nm-FinFET-Technologie in erster Linie in SoC-Applikationen. Da das Design 15 Kontaktebenen aus Kupfer aufweist, kann der SoC-Designer damit die Verteilung von Strom und Taktsig-nalen auf dem SoC wesentlich besser als bisher optimieren. Der SoC kann eine Fläche von bis zu 600 mm2 aufweisen.
Infoservice
Firmenname
Strasse, PLZ Ort
Tel. 000 000 00 00, Fax 000 000 00 00
muster@musterfirma.ch, www.musterfirma.ch
