蘋果A7制造工藝探秘：28nm [複製鏈接]

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發表於 2014-1-21 21:06:10 |只看該作者 |倒序瀏覽

    蘋果的A7處理器不僅在技術上非常先進，同時也是優秀的工程代表。它采用三星28nm低功耗(LP)、前柵極(Gate First)、高K金屬柵極(HKMG)工藝制造，擁有九個銅金屬層和低K電介質，以及一個頂部鋁金屬層，其中前柵極晶體管結構來自通用平臺技術(Common Platform Technology)——IBM、GlobalFoundries、三星組成的聯盟。
    ChipWorks撰文，介紹瞭A7的前道工序(FEOL)晶體管結構，並和蘋果及其它廠商的芯片進行瞭對比。對半導體晶體管技術感興趣的同學不妨看看。
    2010年9月的蘋果A4工藝是三星45nm多晶矽晶體管，以及180nm接觸柵極間隔，NMOS(N型金屬氧化物半導體)、PMOS(P型金屬氧化物半導體)晶體管結構基本一致，主要區別就是多晶矽柵極、源極-汲極矽化物所用材料的不同。
    2011年3月的A5轉向瞭32nm HKMG工藝(當然還是三星)，10個金屬層，前柵極，接觸柵極間隔縮短至130nm，PMOS晶體管增加瞭矽鍺(SiGe)通道，NMOS、PMOS也使用瞭獨立的功函數金屬。
    矽鍺通道改善瞭PMOS的空穴漂移率，也是晶體管功函數的一部分。
    2012年9月的A6延續瞭上述工藝。

45nm A4 MOS
A7是蘋果的第一款28nm工藝處理器，大部分很像32nm，接觸柵極間隔進一步縮至120nm，PMOS、NMOS晶體管因為結構不同而可以輕松區分。
NMOS晶體管使用瞭NMOS功函數金屬柵極，沉淀在高K柵極電介質上，而後者是二氧化鉿附著在薄薄的一層二氧化矽上組成的。因為矽化物多晶矽柵極也是在HKMG柵極堆棧之後形成的，所以它同樣屬於前柵極技術的范疇。

28nm A7 NMOS
PMOS晶體管最大的特點是PMOS柵極下的矽鍺通道，以及沉淀在高K電介質堆棧上的獨立PMOS功函數金屬。NMOS金屬柵極在PMOS金屬柵極之上，表明PMOS晶體管是先形成的。

28nm A7 PMOS
    NMOS金屬柵極對PMOS晶體管的電氣屬性無影響，但Kabini是在多晶矽沉淀步驟中用來保護PMOS金屬柵極的一個屏障。
    PMOS、NMOS晶體管的側壁間隙壁結構(SWS)形狀很接近，而且兩種晶體管都覆蓋瞭同樣的接觸蝕刻終止層(CESL)。
    需要功函數各異的兩種不同金屬柵極是HKMG技術的最大挑戰，比在多晶矽上難得多。
    三星的前柵極PMOS矽鍺通道技術也用在瞭聯盟其它兩位成員的工藝中：GlobalFoundries AMD 32nm處理器、IBM Power7+處理器。
    作為對比，Intel、臺積電沒有在PMOS通道區域使用矽鍺，而是純粹借助金屬柵極實現瞭功函數的不同。更進一步地，Intel、臺積電的是後柵極(Gate Last)，晶體管使用傳統的多晶矽柵極完成，然後移除多晶矽，代之以NMOS、PMOS HKMG柵極堆棧。

Intel 22nm NMOS

Intel 22nm PMOS

臺積電28nm HP

臺積電28nm HPL

臺積電28nm LP
參考閱讀(英文)：
Intel歷代工藝晶體管層面剖析
臺積電28nm工藝晶體管結構探究