文章摘要

信息社會(huì)的迅猛發(fā)展極大推動(dòng)了對(duì)高性能計(jì)算的需求。而先進(jìn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）制造工藝是制造高性能計(jì)算芯片的保障，因此成為世界頂尖設(shè)計(jì)公司和芯片制造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)高地。文章概述了鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）之后技術(shù)演進(jìn)到環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（GAAFET）的必然性，以及在工藝模塊、系統(tǒng)集成和工藝無(wú)損表征上帶來(lái)的挑戰(zhàn)。在先進(jìn)CMOS制造工藝技術(shù)的創(chuàng)新上，需要有從器件開(kāi)發(fā)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維轉(zhuǎn)變；設(shè)計(jì)工藝協(xié)同優(yōu)化（DTCO）將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。面向未來(lái)國(guó)產(chǎn)先進(jìn)的CMOS制造工藝的發(fā)展，在技術(shù)開(kāi)發(fā)和人才培養(yǎng)方面提出了發(fā)展建議和舉措。

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移動(dòng)智能終端之外，未來(lái)隨著智能工廠、自動(dòng)駕駛，以及視頻服務(wù)的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)量急劇增長(zhǎng)，大大推動(dòng)了對(duì)高性能計(jì)算芯片的需求。而先進(jìn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）制造工藝可以提高單位面積下的計(jì)算性能和降低所需的功耗，因此除了芯片制造企業(yè)中國(guó)臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司（簡(jiǎn)稱臺(tái)積電）、韓國(guó)三星和美國(guó)英特爾，頂尖的芯片設(shè)計(jì)公司如英偉達(dá)、蘋(píng)果和高通等也都爭(zhēng)先獲得最先進(jìn)的CMOS工藝制程技術(shù)，從而保持行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的地位。在過(guò)去幾年中，沒(méi)有掌握最先進(jìn)CMOS制造工藝，嚴(yán)重影響了中國(guó)大陸在智能手機(jī)和自動(dòng)駕駛等高端領(lǐng)域的芯片發(fā)展。目前，主流的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Fin Field-Effect Transistor, FinFET）技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入3 nm節(jié)點(diǎn)，臺(tái)積電即將在2022年底前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；而三星則實(shí)現(xiàn)了從FinFET到環(huán)柵器件技術(shù)的跨越，在2022年6月底實(shí)現(xiàn)了3 nm多橋通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Multi-Bridge Channel Field-Effect Transistor, MBCFET）的量產(chǎn)。

在過(guò)去20年中，CMOS工藝經(jīng)歷了3次重要的技術(shù)革新：①2003年的應(yīng)變硅技術(shù)；②2007年的高κ金屬柵技術(shù)；③2011年的FinFET技術(shù)。尤其是FinFET技術(shù)的引入，使得晶體管在提供大的驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)大大降低了關(guān)態(tài)漏電流，極大地促進(jìn)了過(guò)去10多年移動(dòng)時(shí)代的發(fā)展，催生了改變?nèi)藗兩罘绞降闹悄苁謾C(jī)和智能穿戴設(shè)備。進(jìn)入下一個(gè)新技術(shù)周期，高速通信和大數(shù)據(jù)是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)平臺(tái)，而這又以先進(jìn)CMOS制造技術(shù)為基礎(chǔ)的高性能計(jì)算為核心。從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，進(jìn)入3 nm以下CMOS技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，納米片環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Nanosheet Gate-All-Around Field-Effect Transistor, NS-GAAFET）將替代FinFET成為全新一代的CMOS技術(shù)架構(gòu)。本文從FinFET技術(shù)的局限性出發(fā)，分析環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Gate-All-Around Field-Effect Transistor, GAAFET）技術(shù)發(fā)展的必然性；然后系統(tǒng)概述GAAFET帶來(lái)的關(guān)鍵工藝技術(shù)挑戰(zhàn)；討論面臨這些挑戰(zhàn)時(shí)，如何抓住發(fā)展機(jī)遇，夯實(shí)國(guó)產(chǎn)先進(jìn)工藝自主發(fā)展的道路。

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從FinFET到GAAFET

進(jìn)入3 nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，器件的柵長(zhǎng)只有12~15 nm，F(xiàn)inFET沒(méi)有足夠的柵控能力來(lái)有效關(guān)斷鰭下寄生（Sub-fin）溝道，從而導(dǎo)致器件的亞閾值擺幅（Subthreshold Swing, SS）超過(guò)75 mV/dec。另外，鰭（Fin）的高寬比（Aspect-ratio）也持續(xù)增大，超過(guò)10∶1后將導(dǎo)致Fin發(fā)生彎曲甚至坍塌。更為重要的是，隨著邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元尺寸的縮小，單個(gè)晶體管包含F(xiàn)in的數(shù)量從最初的3根減少到1根，勢(shì)必導(dǎo)致單個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)能力的下降，如圖1所示，這就要求增加Fin的高度，但是會(huì)使得Fin的機(jī)械穩(wěn)定性變得更差。納米片環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過(guò)在單位面積上堆疊多層納米片溝道，可以有效提高單個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)能力；同時(shí)因?yàn)椴捎昧谁h(huán)柵結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了器件的柵控能力。因此，堆疊納米片GAAFET技術(shù)是FinFET演變的必然結(jié)果。在GAAFET技術(shù)中，溝道控制能力取決于納米片溝道的厚度而不是寬度，所以GAAFET的納米片寬度可以連續(xù)調(diào)節(jié)（FinFET技術(shù)中Fin寬度是固定的），這給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的靈活性。另外，GAAFET技術(shù)中的單Fin結(jié)構(gòu)使得對(duì)外延源漏可以進(jìn)行較為靈活的設(shè)計(jì)，有利于環(huán)繞接觸（Wrap-around-contact）工藝的開(kāi)發(fā)，從而減小器件寄生電阻/電容，提高GAAFET的器件性能。

圖1邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元的尺寸由多Fin演變?yōu)閱蜦in的示意圖

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環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管關(guān)鍵工藝面臨的挑戰(zhàn)

雖然環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造技術(shù)仍以FinFET工藝為主體，但由于器件溝道和柵結(jié)構(gòu)的變化，給與之對(duì)應(yīng)的器件制備與工藝集成帶來(lái)了諸多全新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

2.1溝道形成工藝

環(huán)柵器件溝道形成是在Si襯底上外延生長(zhǎng)SiGe/Si的超晶格結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行選擇性刻蝕形成堆疊Si納米片溝道。該工藝的關(guān)鍵是：①外延高質(zhì)量的SiGe/Si超晶格結(jié)構(gòu)，并在淺槽隔離（Shallow Trench Isolation, STI）工藝后保持SiGe/Si的界面處不發(fā)生Ge擴(kuò)散；②SiGe對(duì)Si的高選擇比刻蝕，在刻蝕SiGe的同時(shí)保持Si納米片溝道的完整性，工藝示意圖如圖2（a）所示。另外，在選擇性刻蝕SiGe層時(shí)，Si納米片溝道中的應(yīng)力會(huì)造成納米片之間的粘連甚至坍塌，如何在保持高刻蝕選擇比的同時(shí)保證Si納米片溝道的完整性成為環(huán)柵器件溝道形成工藝的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。復(fù)旦大學(xué)基于國(guó)產(chǎn)刻蝕裝備和自主開(kāi)發(fā)的工藝，可以較好地實(shí)現(xiàn)不同納米片寬度的3層堆疊Si溝道結(jié)構(gòu)，如圖2（b）所示。

圖2基于SiGe/Si超晶格結(jié)構(gòu)的堆疊Si納米片溝道的工藝制備

2.2內(nèi)側(cè)墻工藝

由于納米片環(huán)柵器件的溝道特殊性，需要在源漏外延之前形成內(nèi)側(cè)墻（Inner-spacer），降低源漏與柵極之間的耦合電容，從而改善器件的開(kāi)關(guān)頻率，如圖3所示。2009年法國(guó)原子能委員會(huì)電子與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（CEA-Leti）首次提出并開(kāi)發(fā)了內(nèi)側(cè)墻工藝集成技術(shù)，將寄生電容減少了30%~40%，并且不影響器件電流開(kāi)關(guān)比。內(nèi)側(cè)墻的腔體（Cavity）刻蝕既要和溝道形成工藝一樣具有很高的刻蝕選擇比，更在于腔體橫向深度的精確控制，以保證堆疊溝道之間的一致性。通過(guò)原子層沉積（Atomic Layer Deposition, ALD）工藝在腔體中填充較低介電常數(shù)的介質(zhì)材料，之后進(jìn)行回刻（Etch Back），從而形成均勻的內(nèi)側(cè)墻。雖然內(nèi)側(cè)墻技術(shù)很好地改善了寄生電容，但給后續(xù)的源漏選擇性外延帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。

圖3環(huán)柵器件內(nèi)側(cè)墻結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵工藝示意圖

2.3底部寄生晶體管

環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的底部天然存在一個(gè)寄生的鰭式溝道，使得實(shí)際器件為上部分環(huán)柵器件和下部分寄生晶體管的并聯(lián)，這一寄生溝道對(duì)整體器件性能有不可忽視的影響，如圖4（a）所示。在寄生鰭高度較低的情況下，由于較差的溝道控制能力，使得器件的亞閾值擺幅增大和開(kāi)關(guān)電流比下降；如果增加寄生鰭式溝道的高度，雖然會(huì)改善寄生溝道控制能力，但會(huì)使寄生溝道面積在整個(gè)器件溝道總面積中占比加大，失去環(huán)柵晶體管短溝道效應(yīng)抑制的主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）在2019年開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的源漏隔離技術(shù)：預(yù)先填埋底部介質(zhì)隔離（Bottom Dielectric Isolation, BDI），如圖4（b）所示。BDI可以阻斷寄生溝道的電流流出，從而破壞寄生晶體管的形成。這項(xiàng)技術(shù)需要在源漏外延前進(jìn)行介質(zhì)填埋，這給后續(xù)的源漏選擇性Si和SiGe外延工藝帶來(lái)了新的問(wèn)題。

圖4GAAFET底部寄生溝道的來(lái)由以及抑制方案

為了避免抑制寄生溝道對(duì)源漏外延造成影響，另一個(gè)思路就是精確控制源漏的刻蝕深度。研究表明，源漏深度的減小可以很好地抑制寄生溝道的電流輸出，筆者團(tuán)隊(duì)的仿真研究也驗(yàn)證了源漏深度（Hsd）的精確控制可以有效地改善器件的亞閾值擺幅（SS）和電流開(kāi)關(guān)比（Ion/Ioff），如圖5所示。這對(duì)源漏刻蝕深度及其均勻性的控制提出了非常高的要求。

圖5GAAFET源漏深度對(duì)器件性能的影響

2.4源漏寄生電阻/電容優(yōu)化

為滿足3 nm及以下節(jié)點(diǎn)器件驅(qū)動(dòng)電流的需求，堆疊環(huán)柵器件的Fin寬和Fin高都比FinFET要大，對(duì)應(yīng)的外延源漏的體量也隨之增加，這使得：①源漏（S/D）的寄生電容顯著增加；②由于接觸工藝關(guān)鍵尺寸（Contact CD）的限制，源漏金屬接觸只能覆蓋源漏頂端一部分，大的寄生電阻大大降低了底部納米片溝道的導(dǎo)通效率，如圖6（a）所示。解決這個(gè)問(wèn)題的方向是減小源漏的體積，同時(shí)形成包裹式金屬接觸（Wrap Around Contact, WAC），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)源漏寄生電阻/電容的優(yōu)化。

圖6源漏結(jié)構(gòu)對(duì)歐姆接觸及溝道電流分布的影響

為了制備這樣的源漏結(jié)構(gòu)，一種直接的工藝選擇是限制型源漏外延。但由于限制帶來(lái)的外延體量的減小可能會(huì)影響對(duì)溝道所能形成的應(yīng)力，這對(duì)于增強(qiáng)P型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, PMOSFET）的驅(qū)動(dòng)能力尤為重要。復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了另外一種實(shí)現(xiàn)方法：源漏修飾工藝（S/D Trimming Process），如圖7所示。在源漏外延工藝后，進(jìn)行介質(zhì)填充并回刻以露出鉆石型源漏的頂部；然后進(jìn)行選擇性的TiN沉積，形成自對(duì)準(zhǔn)的硬掩膜；之后順序進(jìn)行介質(zhì)刻蝕和源漏的修飾。這種工藝在減小源漏物理尺寸后可以形成包裹式金屬接觸，同時(shí)很好地保持了溝道應(yīng)力，而且該工藝在納米片溝道堆疊層數(shù)增加的情況下改進(jìn)優(yōu)勢(shì)會(huì)更顯著。

圖7源漏結(jié)構(gòu)修飾及其對(duì)寄生電容的影響

2.5N/P電流匹配的挑戰(zhàn)

環(huán)柵器件的溝道導(dǎo)電面由FinFET中的110變成了100，如圖8所示，這意味著電子傳輸性能的增強(qiáng)和空穴傳輸性能的退化，造成N型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（N-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, NMOSFET）和PMOSFET的驅(qū)動(dòng)電流不匹配，從而增加了芯片面積并降低了系統(tǒng)性能。幸運(yùn)的是，空穴在100導(dǎo)電面上的應(yīng)力敏感度有很大的提升。因此，為實(shí)現(xiàn)環(huán)柵器件的N/P電流匹配，對(duì)PMOSFET的溝道應(yīng)力增強(qiáng)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。

圖8FinFET與GAAFET的溝道導(dǎo)電面對(duì)比

然而，如2.2節(jié)中所闡述的，內(nèi)側(cè)墻的引入打斷了外延表面的連續(xù)性，這使得常規(guī)外延工藝生長(zhǎng)的源漏SiGe中有過(guò)高的層錯(cuò)缺陷密度（圖9（a）），從而造成溝道應(yīng)力的丟失；圖9（b）給出了相關(guān)的機(jī)理闡述。因此，需要探索新的外延工藝來(lái)控制層錯(cuò)缺陷密度，甚至需要在工藝整合上進(jìn)行創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的增強(qiáng)，最終實(shí)現(xiàn)N/P電流匹配。

圖9內(nèi)側(cè)墻造成源漏外延缺陷及其形成機(jī)理

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環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管關(guān)鍵工藝面臨的發(fā)展機(jī)遇

雖然三星在2022年6月已經(jīng)量產(chǎn)了3 nm環(huán)柵器件工藝，比現(xiàn)在的5 nm FinFET技術(shù)性能提升30%、功耗減少50%。但臺(tái)積電將在3 nm繼續(xù)使用更先進(jìn)的FinFET技術(shù)，宣稱到2025年才會(huì)量產(chǎn)2 nm環(huán)柵器件工藝，英特爾也大致會(huì)在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)布20 A節(jié)點(diǎn)的環(huán)柵器件技術(shù)（英特爾稱之為RibbonFET）。這在某種程度上意味著環(huán)柵器件還有諸多的工藝問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決，或者說(shuō)現(xiàn)有技術(shù)條件下引入環(huán)柵器件所能帶來(lái)的性能優(yōu)勢(shì)不夠。因此，上述分析的環(huán)柵器件的工藝挑戰(zhàn)也帶來(lái)了一個(gè)很好的發(fā)展機(jī)遇。

3.1工藝裝備

在先進(jìn)CMOS制造中，極紫外（Extreme Ultra-Violet, EUV）光刻機(jī)固然起著舉足輕重的作用，但在環(huán)柵器件工藝中還有一些同樣不可或缺的關(guān)鍵工藝裝備，需要盡早布局進(jìn)行研發(fā)，才有可能在將來(lái)的環(huán)柵工藝中占有一席之地。

3.1.1 SiGe外延

環(huán)柵器件溝道的基礎(chǔ)是SiGe/Si超晶格結(jié)構(gòu)。為保證最終堆疊納米片溝道的均勻性，SiGe/Si界面的Ge擴(kuò)散要均勻控制在5 A以內(nèi)，這對(duì)SiGe外延的均勻性和溫度一致性控制都提出了極高的要求。另外內(nèi)側(cè)墻的引入，PMOSFET中的源漏外延SiGe中不可避免地存在高密度的層錯(cuò)缺陷，抑制這些缺陷的形成需要?jiǎng)?chuàng)新的工藝技術(shù)，譬如自下而上（Bottom-up）外延工藝及其裝備的開(kāi)發(fā)，或是高質(zhì)量非選擇性硅襯墊（Si-liner）的外延技術(shù)探索。

3.1.2 溝道選擇性刻蝕

環(huán)柵器件溝道的形成關(guān)鍵取決于高選擇比的SiGe/Si刻蝕。但在實(shí)現(xiàn)高選擇比刻蝕工藝的同時(shí)，還要保證溝道不被刻蝕損傷以及溝道不發(fā)生粘連甚至坍塌。傳統(tǒng)的電感耦合等離子體（Inductively Coupled Plasma, ICP）和電容耦合等離子體（Capacitively Coupled Plasma, CCP）刻蝕機(jī)不能滿足這個(gè)需求，應(yīng)用遠(yuǎn)程等離子體源（Remote Plasma Source, RPS）或是氣相刻蝕技術(shù)才能解決這個(gè)問(wèn)題。溝道形成后的表面處理工藝是整個(gè)CMOS器件的核心，過(guò)程中如何保持此時(shí)懸空溝道的完整性以及如何集成表面處理裝置，必須進(jìn)行系統(tǒng)的考慮和設(shè)計(jì)。

3.1.3 多閾值調(diào)節(jié)的ALD工藝

受限于環(huán)柵器件溝道與溝道之間的有限空間，不同于FinFET技術(shù)中主要通過(guò)金屬柵厚度和不同柵材料的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多閾值調(diào)節(jié)，還需要開(kāi)發(fā)新型的金屬柵工藝如偶極子（Dipole）調(diào)節(jié)技術(shù)等?？梢钥闯?，先進(jìn)CMOS制造流程中工藝與工藝之間的關(guān)聯(lián)越來(lái)越強(qiáng)，這就要求設(shè)備廠商在單步工藝之外形成工藝整合的能力，才能在開(kāi)發(fā)過(guò)程中有效地進(jìn)行閉環(huán)驗(yàn)證，針對(duì)問(wèn)題快速反應(yīng)，開(kāi)發(fā)出有競(jìng)爭(zhēng)力的工藝裝備及配套工藝。

3.2工藝在線檢測(cè)技術(shù)

隨著先進(jìn)制造工藝的復(fù)雜程度和精細(xì)程度越來(lái)越高，為了保證生產(chǎn)良率，對(duì)關(guān)鍵工藝步驟進(jìn)行在線檢測(cè)變得越來(lái)越重要。環(huán)柵器件的溝道應(yīng)力和完整性決定了最終器件的性能，同時(shí)也可以反映出制造流程下的工藝健康程度。因此，在線無(wú)損檢測(cè)溝道應(yīng)力演變成為一個(gè)很好的選擇。最近，IBM聯(lián)合新星測(cè)量?jī)x器（Nova Measuring Instruments）公司開(kāi)發(fā)了拉曼（Raman）表征技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了全流程的溝道應(yīng)力演變的在線檢測(cè)，如圖10所示。圖10（a）展示了不同F(xiàn)in寬下Si溝道應(yīng)力在環(huán)柵工藝過(guò)程中的演變，而圖10（b）展示了在溝道釋放后Si溝道應(yīng)力對(duì)于不同F(xiàn)in寬和Ge組分的變化。

圖10利用在線Raman表征技術(shù)表征Si溝道應(yīng)力在環(huán)柵工藝過(guò)程中的演變（a）及其對(duì)不同F(xiàn)in寬和Ge組分的變化（b）

與此同時(shí)，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)也基于Raman表征技術(shù)自主開(kāi)發(fā)了環(huán)柵器件的在線工藝檢測(cè)技術(shù)，與工藝仿真結(jié)果有很好的吻合。該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)在線Raman表征技術(shù)可以用于檢測(cè)堆疊溝道是否發(fā)生了坍塌。除此之外，源漏外延的缺陷檢測(cè)也是環(huán)柵工藝中的挑戰(zhàn)。

3.3設(shè)計(jì)工藝協(xié)同優(yōu)化

隨著先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)工藝復(fù)雜度的持續(xù)演進(jìn)，工藝之間的關(guān)聯(lián)耦合變得越來(lái)越明顯，開(kāi)發(fā)工藝的思路要從單一步驟轉(zhuǎn)變到系統(tǒng)考慮。以環(huán)柵器件中的源漏外延工藝為例，因?yàn)閮?nèi)側(cè)墻的存在使得外延SiGe很難做到較低的層錯(cuò)缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法滿足PMOSFET對(duì)溝道應(yīng)力的要求。但是從工藝整合的角度出發(fā)，一種后柵單擴(kuò)散隔斷（Post-gate Single Diffusion Break）的工藝流程即使在源漏外延SiGe中存在一定的缺陷，溝道中的應(yīng)力卻可以得到很好地增強(qiáng)，從而提升PMOSFET的器件性能。在單元電路的開(kāi)發(fā)上，更是不能局限于單個(gè)器件性能的提升，而要著眼于整個(gè)系統(tǒng)性能的全局優(yōu)化。在環(huán)柵器件的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）設(shè)計(jì)中，在單個(gè)器件之外，要充分利用環(huán)柵器件Fin寬可調(diào)的獨(dú)特性進(jìn)行上拉（Pull-up）、下拉（Pull-down）和選擇（Select）晶體管的匹配優(yōu)化；另外選擇晶體管上的后段工藝（Back End of Line, BEOL）電阻對(duì)SRAM的噪聲容限和讀寫(xiě)速度都有很顯著的影響。面向環(huán)柵器件中未來(lái)很有潛力的背面供電（Buried Power Rail）、互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Complementary Field-Effect Transistor, CFET）技術(shù)，以及3D封裝，要進(jìn)行設(shè)計(jì)工藝協(xié)同優(yōu)化（Design Technology Co-Optimization, DTCO），優(yōu)化系統(tǒng)PPA（Performance，性能；Power，功耗；Area，面積），在更先進(jìn)的制造工藝中提出重要的架構(gòu)創(chuàng)新。DTCO的核心目的就在于定義真正有價(jià)值的調(diào)整，超越單純的幾何微縮，進(jìn)而達(dá)成提升性能、降低功耗和面積的目標(biāo)。根據(jù)臺(tái)積電提供的數(shù)據(jù)，在3 nm節(jié)點(diǎn)及以下工藝，DTCO可以帶來(lái)超過(guò)100%的集成密度提升，如圖11所示。

圖11臺(tái)積電在先進(jìn)CMOS工藝中使用DTCO對(duì)提升邏輯器件集成密度的影響

（來(lái)源：http://www.semiinsights.com/s/electronic_comonents/23/40279.shtml）

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發(fā)展建議

先進(jìn)CMOS制造工藝即將進(jìn)入全新一代的環(huán)柵器件時(shí)代，在溝道形成、內(nèi)側(cè)墻、寄生溝道、源漏寄生電阻/電容，以及N/P電流匹配等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域面臨著巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)也給核心工藝裝備、在線工藝檢測(cè)技術(shù)，以及DTCO平臺(tái)的自主發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。

（1）裝備廠商在單一工藝開(kāi)發(fā)之外一定要加快建設(shè)形成工藝整合能力（包括工藝整合技術(shù)團(tuán)隊(duì)以及配套實(shí)驗(yàn)線），這樣可以大大加快內(nèi)部工藝迭代的進(jìn)度，更重要的是可以面對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的工藝流程提供系統(tǒng)解決方案，在先進(jìn)工藝模塊上給芯片制造企業(yè)提供更大的技術(shù)支持。

（2）芯片制造企業(yè)面向工藝裝備廠商要更加開(kāi)放，和裝備企業(yè)分享芯片制造中的具體工藝?yán)щy，共同改進(jìn)工藝裝備并提升工藝水平。同時(shí)加強(qiáng)與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation, EDA）公司、設(shè)計(jì)公司的合作，加快完善DTCO平臺(tái)的建設(shè)；同時(shí)要特別重視在線工藝檢測(cè)的技術(shù)和裝備開(kāi)發(fā)，工藝數(shù)據(jù)的積累和分析，提升先進(jìn)工藝的制造水平和良率。

（3）裝備廠商和芯片制造企業(yè)要加強(qiáng)與高校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)質(zhì)合作，夯實(shí)基礎(chǔ)研究，開(kāi)發(fā)和探索新技術(shù)，在合作中培養(yǎng)人才，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和人才的積累。

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結(jié)束語(yǔ)

先進(jìn)CMOS工藝技術(shù)是高性能計(jì)算芯片的保障，也是集成電路產(chǎn)業(yè)保持領(lǐng)先的關(guān)鍵點(diǎn)。我們要沉下心來(lái)，積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上的技術(shù)合作。最重要的是要培養(yǎng)一大批踏實(shí)能干的年輕一代高端人才，努力發(fā)展并建立自主可控的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

審核編輯 ：李倩