Intel|SuperFin晶体管技术加持英特尔新一代10nm可媲美台积电5nm？

2020-08-14

当地时间8月13日，英特尔在2020年架构日活动上，正式公布了全新的SuperFin晶体管技术、“混合结合”(Hybrid Bonding)封装技术，进一步展示了英特尔半导体工艺上的持续创新。

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全新10nm SuperFin晶体管技术：性能提升可媲美台积电5nm？
作为摩尔定律的提出者和践行者，英特尔一直以来在晶体管技术上不断变革创新，比如90nm时代的应变硅(Strained Silicon)、45nm时代的高K金属栅极(HKMG)、22nm时代的FinFET立体晶体管。即便是饱受争议的14nm工艺，Intel也在一直不断改进，通过各种技术的加入，如今的加强版14nm在性能上相比第一代已经提升了超过20%，堪比完全的节点转换。

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虽然在不久前英特尔再度宣布其7nm工艺的量产再度推迟6个月，使得其股价大跌，外界一片看衰英特尔之声，因为台积电的5nm工艺已经量产，而英特尔的7nm还在难产之中，这也使得近期业内充斥着英特尔在制程工艺上已彻底被台积电击败的声音。但是，相比台积电、三星在制程工艺节点命名上的数字游戏，英特尔一直践行着最为严苛的工艺节点命名方式，每一代制程工艺的大的升级其晶体管数量将达到上一代的两倍。也就是说，英特尔的7nm的晶体管密度将是10nm的两倍。
但是，如果以晶体管密度为标准的话，英特尔三年前推出的14nm制程所能达到的晶体管密度已经与三年后台积电、三星所推出的10nm的晶体管密度相当，而英特尔的10nm工艺虽然比台积电、三星要晚，但是它的晶体管密度却达到他们的两倍，并且在鳍片间距、栅极间距、最小金属间距、逻辑单元高度等指标均领先于台积电和三星的10nm 。同样，英特尔的7nm工艺的晶体管密度等指标方面，实际上也要优于台积电和三星的5nm工艺。
【Intel|SuperFin晶体管技术加持英特尔新一代10nm可媲美台积电5nm？】
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英特尔高级院士、技术与制造事业部制程架构与集成总监Mark T. Bohr此前就曾表示：“随着摩尔定律的推进，制程升级也开始变得越来越难，一些公司开始背离了摩尔定律对于制程工艺的命名法则。即使晶体管密度增加很少，但他们仍继续推进采用新一代制程节点命名。这也导致了制程节点名称根本无法正确体现这个制程位于摩尔定律曲线的哪个位置。”
当然，即便如此，英特尔在制程工艺的推进的速度上确实落后了，因为台积电的5nm已经量产，而英特尔的7nm工艺则要等到明年了。
为此，英特尔在继续推进7nm工艺的同时，也在不断的优化10nm工艺。
英特尔此前在10nm工艺节上就融入了诸多新技术，比如自对齐四重曝光(SAQP)、钴局部互连、有源栅极上接触(COAG)等等，但它们带来的挑战也让新工艺的规模量产和高良品率很难在短时间内达到理想水平。因此持续的优化也将有助于10nm的性能的持续释放。在英特尔2020年架构日活动上，英特尔公布了全新的10nm SuperFin晶体管技术。
英特尔首席架构师Raja Koduri表示，经过多年对FinFET晶体管技术的改进，英特尔正在重新定义该技术，而SuperFin晶体管技术的推出，是该公司有史以来最为强大的单节点内性能增强，带来的性能提升可与全节点转换相媲美。也就是说，凭借该技术，英特尔实现了其新一代的10nm工艺可以媲美其初代的7nm工艺。

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据介绍，10nm SuperFin技术实现了英特尔增强型FinFET晶体管与Super MIM（Metal-Insulator-Metal）电容器的结合。SuperFin技术能够提供增强的外延源极/漏极、改进的栅极工艺和额外的栅极间距，并通过以下方式实现更高的性能：

1、增强源极和漏极上晶体结构的外延长度，从而增加应变并减小电阻，以允许更多电流通过通道

2、改进栅极工艺以实现更高的通道迁移率，从而使电荷载流子更快地移动

3、提供额外的栅极间距选项可为需要最高性能的芯片功能提供更高的驱动电流

4、使用新型薄壁阻隔将过孔电阻降低了30%，从而提升了互连性能表现

5、与行业标准相比，在同等的占位面积内电容增加了5倍，从而减少了电压下降，显著提高了产品性能。

Intel|SuperFin晶体管技术加持英特尔新一代10nm可媲美台积电5nm？

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英特尔表示，该技术由一类新型的“高K”（ Hi-K）电介质材料实现，该材料可以堆叠在厚度仅为几埃厚的超薄层中，从而形成重复的“超晶格”结构。这是一项行业内领先的技术，领先于其他芯片制造商的现有能力。

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