Дослідники з Китайської академії наук (CAS) розробили революційні транзистори з круговим затвором (GAA), які теоретично здатні забезпечити характеристики, порівнювані з 3-нм техпроцесом. Однак досягнення цього результату натикається на серйозні перешкоди у виробничому процесі.
GAA-транзистори функціонують як мікроскопічні перемикачі електричного струму, керуючи потоком електрики через включення та вимикання. Сучасна мікросхема містить мільярди таких елементів. На відміну від застарілих FinFET-структур, які мають форму вертикального плавця, нові транзистори охоплюють сигнал з усіх сторін, забезпечуючи значно кращий контроль над електричним потоком. CAS повідомляє про коефіцієнт включення-відключення понад 500 000, що означає практичне усунення витоку струму та відмінне енергоефективність.
Виробництво без EUV: як це можливо
Унікальність розробки CAS полягає у тому, що GAA-транзистори виготовляються за допомогою застарілої DUV-літографії, а не передових EUV-систем. Хоча звичайна DUV-технологія недостатня для 3-нм процесу, використання багатошарового травлення та імерсійної DUV-літографії з надчистою водою дозволяє досягти відповідної роздільної здатності.
Виробничий процес мікросхем складається з трьох основних етапів:
- FEOL (Front-End-Of-The-Line) — створення самих транзисторів, де GAA-структури дозволяють зменшити густину розміщення без втрати продуктивності
- MEOL (Middle-End-Of-The-Line) — формування металічних з’єднань між транзисторами через травлення точних канавок
- BEOL (Back-End-Of-The-Line) — прокладання зовнішніх шарів металевої проводки, де найскладніший шар M0 розташований найближче до транзисторів
Вузькі місця в производстве SMIC
За оцінками експертів, головна проблема полягає у MEOL та BEOL-процесах. Хоча нові GAA-транзистори спрощують FEOL-етап, вони практично не полегшують виробництво проміжних і нижніх металевих шарів. Відстань між затворами зумовлена складністю MEOL-процесу й залишається вузьким місцем для провідного китайського виробника напівпровідників SMIC.
Однак існує потенційне рішення: якщо SMIC зменшить крок розміщення ребер транзисторів (fin pitch), можна буде скоротити висоту логічних комірок з 5-доріжкової до 4-доріжкової конфігурації шару M0. Це дозволить використовувати комірки типу G57H198 або G54H198 з щільністю 137,8 млн транзисторів на мм², що наближається до щільності 5-нм техпроцесу TSMC.
Таким чином, застосування GAA-транзисторів у поєднанні зі зменшенням висоти комірок може дозволити SMIC досягти рівня продуктивності, еквівалентного 5-нанометровій технології, навіть без вдосконалення MEOL та BEOL-процесів.
