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新晶体管制造工艺技术前瞻

2010-03-29HJCBUG《微型计算机》2010年3月上

制程的历史与演进

CPU制程技术发展到今天,其尺寸已经从1971年Intel发布的4004 CPU时的10μm进化到了今天的32nm级别,Intel公司新推出的新款处理器—代号Westmere的32nm制程处理器(见图1)就是目前顶尖制程工艺的代表。台积电也计划于年内推出其28nm制程工艺,另外一家主要的芯片制造厂商GlobalFoundries公司则计划于年内推出基于SOI的32nm制程工艺和基于体硅的28nm制程工艺。


图1:45nm制程和32nm制程

不过,从早期的Intel 486时代发展到目前的Westmere,各家厂商制造CPU的制程基本都是基于传统的平面型晶体管结构,熟悉 MOSFET结构的爱好者都知道,所谓的平面型晶体管,指的是MOSFET的漏极、源极、栅极、沟道以及基体结构的横断面位于同一平面上的晶体管结构,如图2所示:


图2

需要说明的是,即便是传统的平面型晶体管技术,业界也存在两种不同的流派,上图中左侧的称为传统的体硅技术(Bulk SI),而右侧的则是相对较新的绝缘层覆硅(SOI)技术,两者的区别在于后者在硅基体顶部增加了一层埋入式氧化物(BOX)层,而BOX上则覆有一层相对较薄的硅层。Intel是体硅技术的坚定支持者,而IBM/AMD则是SOI技术的绝对守护者。

尽管历经了数十年风雨的平面型晶体管制造技术发展至今已经相当的成熟,对各家厂商而言也是经济的制造技术,但随着晶体管关键尺寸的不断缩小,平面型晶体管技术的瓶颈现象越来越严重。那么是在现有的部分耗尽型平面晶体管(为了行文方便,下文如不作特别说明均用传统平面型晶体管表示部分耗尽型平面晶体管)技术上进行新技术研究还是抛弃现在的传统平面型晶体管以求创新呢?下面我们就以这两个方向作分别阐述。

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