資料介紹
半導(dǎo)體行業(yè)目前面臨集成電路(IC)制造方法的巨大變革,這一變革旨在不斷提高IC的性能和密度,可能會對設(shè)計方法產(chǎn)生影響。晶圓代工廠家目前正準(zhǔn)備根據(jù)finFET概念加強(qiáng)使用三維晶體管結(jié)構(gòu)的14nm和16nm工藝,因?yàn)橄啾容^20nm的平面型晶體管,它們可以提供更高的性能。
通過提高載流通道,可從門控的三面對其進(jìn)行環(huán)繞,從而使門控展現(xiàn)出更強(qiáng)的靜電控制。這克服了導(dǎo)致過多漏電流的短通道效應(yīng)以及使用大量硅片制造的納米平面型晶體管所產(chǎn)生的其他問題。

圖1:更好地說明了頻率范圍內(nèi)的漏電流控制
多層面門控的進(jìn)一步優(yōu)勢在于單位范圍內(nèi)的驅(qū)動電流多于平面型器件單位范圍內(nèi)的驅(qū)動電流——相比于平面型器件,在等效門控長度相同的情況下,使用鰭(Fin)結(jié)構(gòu)高度可創(chuàng)建有效容積更大的通道。這意味著有效性能更好。
通過增強(qiáng)FinFET性能,可在功率預(yù)算給定的情況下實(shí)現(xiàn)比體硅技術(shù)更高的頻率數(shù)。功耗降低源于以下兩個方面:對寬型高驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)單元的需求降低;以及漏電流量給定情況下,在較低電源電壓下工作的能力。但是,只有改變設(shè)計技術(shù)才能完全實(shí)現(xiàn)功耗降低性能。
基于標(biāo)準(zhǔn)單元的流程仍是實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率IC實(shí)施的關(guān)鍵因素。過去數(shù)十年來,單元提取鞏固了綜合驅(qū)動設(shè)計流程的基礎(chǔ),為高度自動化的數(shù)字電路實(shí)施提供了基礎(chǔ),使得小規(guī)模團(tuán)隊進(jìn)行百萬門級電路設(shè)計成為可能。晶體管結(jié)構(gòu)的變更以及相關(guān)的布局依賴效應(yīng)即將突破設(shè)計流程的物理層、單元層和邏輯層之前的清晰接口,這使得設(shè)計人員在布局電路時不得不考慮低層特征。但是,通過增強(qiáng)單元級別智能化,可以維持標(biāo)準(zhǔn)單元提取的生產(chǎn)率優(yōu)勢,并且仍然能夠獲得通過基于finFET的工藝實(shí)現(xiàn)的功率、性能和面積(PPA)優(yōu)勢。
伴隨finFET而來的是電路結(jié)構(gòu)因其外形變化而導(dǎo)致的根本性變革(圖2)。給定工藝的鰭(Fin)結(jié)構(gòu)具有固定的寬度和間距。與平面工藝(可通過任意量增加晶體管寬度來提高整體驅(qū)動強(qiáng)度,從而改善大型扇區(qū)或高電容總線的性能)相比,finFET的有效寬度只能通過向晶體管添加更多鰭(Fin)結(jié)構(gòu)才能予以改變。鰭(Fin)結(jié)構(gòu)量化不僅提高模擬和自定義電路設(shè)計的復(fù)雜度,還對數(shù)字電路實(shí)施產(chǎn)生微妙而重要的影響。
通過提高載流通道,可從門控的三面對其進(jìn)行環(huán)繞,從而使門控展現(xiàn)出更強(qiáng)的靜電控制。這克服了導(dǎo)致過多漏電流的短通道效應(yīng)以及使用大量硅片制造的納米平面型晶體管所產(chǎn)生的其他問題。

圖1:更好地說明了頻率范圍內(nèi)的漏電流控制
多層面門控的進(jìn)一步優(yōu)勢在于單位范圍內(nèi)的驅(qū)動電流多于平面型器件單位范圍內(nèi)的驅(qū)動電流——相比于平面型器件,在等效門控長度相同的情況下,使用鰭(Fin)結(jié)構(gòu)高度可創(chuàng)建有效容積更大的通道。這意味著有效性能更好。
通過增強(qiáng)FinFET性能,可在功率預(yù)算給定的情況下實(shí)現(xiàn)比體硅技術(shù)更高的頻率數(shù)。功耗降低源于以下兩個方面:對寬型高驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)單元的需求降低;以及漏電流量給定情況下,在較低電源電壓下工作的能力。但是,只有改變設(shè)計技術(shù)才能完全實(shí)現(xiàn)功耗降低性能。
基于標(biāo)準(zhǔn)單元的流程仍是實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率IC實(shí)施的關(guān)鍵因素。過去數(shù)十年來,單元提取鞏固了綜合驅(qū)動設(shè)計流程的基礎(chǔ),為高度自動化的數(shù)字電路實(shí)施提供了基礎(chǔ),使得小規(guī)模團(tuán)隊進(jìn)行百萬門級電路設(shè)計成為可能。晶體管結(jié)構(gòu)的變更以及相關(guān)的布局依賴效應(yīng)即將突破設(shè)計流程的物理層、單元層和邏輯層之前的清晰接口,這使得設(shè)計人員在布局電路時不得不考慮低層特征。但是,通過增強(qiáng)單元級別智能化,可以維持標(biāo)準(zhǔn)單元提取的生產(chǎn)率優(yōu)勢,并且仍然能夠獲得通過基于finFET的工藝實(shí)現(xiàn)的功率、性能和面積(PPA)優(yōu)勢。
伴隨finFET而來的是電路結(jié)構(gòu)因其外形變化而導(dǎo)致的根本性變革(圖2)。給定工藝的鰭(Fin)結(jié)構(gòu)具有固定的寬度和間距。與平面工藝(可通過任意量增加晶體管寬度來提高整體驅(qū)動強(qiáng)度,從而改善大型扇區(qū)或高電容總線的性能)相比,finFET的有效寬度只能通過向晶體管添加更多鰭(Fin)結(jié)構(gòu)才能予以改變。鰭(Fin)結(jié)構(gòu)量化不僅提高模擬和自定義電路設(shè)計的復(fù)雜度,還對數(shù)字電路實(shí)施產(chǎn)生微妙而重要的影響。
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