IBM Mencapai Terobosan Baru dengan Teknologi FinFET 7nm Menggunakan Litografi EUV
Instalasi keempat dari seri empat bagian ini menjelajahi makalah terobosan IBM yang disajikan di IEDM 2016.
IEDM, forum terdepan dunia untuk inovasi semikonduktor dan perangkat elektronik, menyajikan terobosan terbaru IBM: termometer pemindaian probe, spasi udara untuk chip 10-nm, prototipe FinFET 7-nm, dan pekerjaan karbon-nanotube pionir. Makalah dan pidato yang disajikan oleh peneliti IBM dan mitra, disoroti pada konferensi San Francisco tahun ini.
Konferensi menampilkan empat makalah IBM yang mencontoh generasi komputasi berikutnya—mendorong Moore’s Law, menginovasi arsitektur, dan memanfaatkan bahan baru. Artikel akhir ini berfokus pada makalah FinFET 7-nm berjudul “A 7 nm FinFET Technology Featuring EUV Patterning and Dual-Strained High-Mobility Channels,” ditulis oleh Ruilong Xie, staf teknis senior di GlobalFoundries, dan kolaborator dari Albany Nanotech Center IBM.
Pada bulan Juli, IBM dan mitra Aliansi meluncurkan chip tes 7-nm pertama di dunia, yang dicapai melalui Litografi Ultraviolet Ekstrim (EUV) dan adopsi Silikon Germanium (SiGe) sebagai bahan saluran transistor.
Dari Silikon ke Silikon Germanium
Makalah IEDM menunjukkan bahwa FinFET berbasis SiGe memenuhi aturan dasar teknologi 10-nm sambil memberikan kinerja yang unggul. Pendekatan ini memungkinkan perangkat daya-rendah dan kinerja-tinggi pada satu chip tanpa mengorbankan salah satunya, memosisikan SiGe sebagai alternatif CMOS yang menarik.
SiGe memperpanjang skalabilitas chip dengan memperkenalkan regangan melalui ketidakcocokan jaring lattice—atom germanium yang lebih besar dalam matriks silikon—meng meningkatkan mobilitas pembawa muatan dan memungkinkan arus lebih besar pada tegangan yang lebih rendah. Disertai dengan resistansi parasit dan kapasitansi yang lebih rendah, tim merumuskan jalan raya 7-nm yang mencapai kinerja 40 % lebih baik pada daya yang sama dibanding node 10-nm.
Panjang gelombang cahaya yang sangat kecil
EUV menggunakan panjang gelombang 13,5 nm—sangat lebih pendek dibanding cahaya 193 nm yang digunakan secara tradisional—memungkinkan gravir hingga 20 miliar transistor 7-nm per wafers. Namun, untuk mencapai kepadatan ini, proses harus menjadi andal, konsisten, dan dapat diskalakan.
Litografi mirip dengan pencetakan fotografi tradisional: wafers terpapar cahaya yang melewati masker. Lebar garis yang dapat dicapai bergantung pada pola masker dan panjang gelombang cahaya. Dengan cahaya 193 nm, pola sub-fitur sering memerlukan beberapa langkah paparan, yang membatasi throughput.
Pendekatan multi-pattern menumpuk paparan berurutan—mirip dengan ukiran kayu Jepang—untuk menyempurnakan fitur, tetapi ini menimbulkan degradasi kinerja. Sementara ini dapat diterima untuk perangkat konsumen, ini menghambat keandalan yang diharapkan oleh superkomputer dan sistem misi-kritis. Akibatnya, IBM mengejar litografi EUV untuk chip 7-nm.
Kiri atas: Desain skematis bahan saluran dual-stressed pada SRB dengan sumur retrograd super-steep (SSRW), bersama dengan gambar TEM dari (a) fin silikon yang ditarik dan (b) fin SiGe yang ditekan pada SRB umum. Kanan atas: Gambar TEM perangkat pitch polisilikon kontak 48 nm dengan kontak self-aligned yang dioptimalkan dengan pembukaan kontak ~10 nm dan Lmetal ~15 nm. Tengah bawah: Ilustrasi dan grafik menunjukkan bahwa proses epitaksi terowongan secara simultan memenuhi aturan dasar dan pengurangan resistivitas kontak setelah optimisasi implan dan anealing.
Dengan EUV 13,5-nm, satu paparan dengan fidelitas tinggi dapat menghasilkan pola 7-nm, menghilangkan multi-patterning. Hambatan yang tersisa adalah transisi EUV dari demonstrasi ke produksi massal—evolusi yang sejalan dengan warisan IBM System 360, yang berkembang menjadi prosesor canggih saat ini melalui pengolahan yang ketat.
Produksi cahaya EUV dimulai dengan titik timah cair dalam vakum, membentuk target bola. Laser CO2 membentuk dan mengarahkan titik; laser CO2 kedua yang lebih kuat kemudian menguapkan timah, memancarkan foton 13,5-nm. Foton ini dikumpulkan dan difokuskan ke wafers oleh serangkaian cermin yang sangat reflektif.
Meskipun proses EUV kompleks, hasil tim mengonfirmasi bahwa chip 7-nm yang diproduksi dengan EUV mencapai kualitas dan kinerja tinggi. Ini membuka jalan untuk komponen andal dan berkinerja tinggi yang dapat memenuhi persyaratan ketat superkomputer generasi berikutnya.
Baca bagian satu: Mapping hot spots
Baca bagian dua: Chip lain dengan karbon nanotube
Baca bagian tiga: Spasi udara untuk chip 10nm
