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來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自IEEE，謝謝。
上週，在VLSI 研討會上，英特爾詳細介紹了將爲其高性能數據中心客戶提供代工服務奠定基礎的製造工藝。在相同的功耗下，intel 3 工藝比之前的intel 4工藝性能提升了 18% 。在公司的路線圖中，intel 3 是最後一種使用鰭式場效應晶體管( FinFET )結構的產品，該公司於 2011 年率先推出了這種結構。但它也包括英特爾首次使用一項對其計劃至關重要的技術，儘管 FinFET 不再是尖端技術。更重要的是，這項技術對於該公司成爲代工廠併爲其他公司製造高性能芯片的計劃至關重要。
這種材料被稱爲偶極功函數金屬（dipole work-function metal），它允許芯片設計人員選擇具有幾種不同閾值電壓的晶體管。閾值電壓是器件開啓或關閉的水平。使用intel 3 工藝，單個芯片可以包含具有四種嚴格控制的閾值電壓的器件。這很重要，因爲不同的功能在不同的閾值電壓下運行效果最佳。例如，緩存存儲器通常需要具有高閾值電壓的器件，以防止浪費電力的電流泄漏。而其他電路可能需要具有最低閾值電壓的最快開關器件。
閾值電壓由晶體管的柵極堆棧（控制電流通過晶體管的金屬和絕緣層）設定。英特爾代工技術開發副總裁Walid Hafez解釋說，從歷史上看，“金屬的厚度決定了閾值電壓。功函數金屬越厚，閾值電壓越低。”但隨着設備和電路的縮小，這種對晶體管幾何形狀的依賴也帶來了一些缺點。
製造過程中的微小偏差可能會改變柵極金屬的體積，從而導致閾值電壓範圍相當寬。這就是intel 3 工藝體現英特爾從只爲自己製造芯片轉變爲以代工廠身份運營的轉變的地方。
哈菲茲表示：“外部代工廠的運作方式與英特爾等集成設備製造商截然不同。”代工廠客戶“需要不同的東西……他們需要的東西之一就是閾值電壓的嚴格變化。”
英特爾則有所不同，即使沒有嚴格的閾值電壓公差，它也可以將性能最好的部件用於數據中心業務，將性能較低的部件用於其他細分市場，從而賣出所有部件。
“很多外部客戶不會這麼做，”他說。如果一款芯片不符合他們的要求，他們可能不得不放棄它。“因此，intel 3 要想在代工領域取得成功，就必須有非常嚴格的差異化。”
偶極子永遠存在
偶極功函數材料可保證對閾值電壓進行必要的控制，而無需擔心柵極中有多少空間。它是金屬和其他材料的專有混合物，儘管厚度只有幾埃，但對晶體管的硅通道卻有強大的影響。
和老式厚金屬柵極一樣，新材料混合物通過靜電改變硅的能帶結構，從而改變閾值電壓。但它是通過在它和硅之間的薄絕緣層中誘導偶極子（電荷分離）來實現的。
由於代工廠客戶要求嚴格控制英特爾，競爭對手台積電和三星很可能已經在其最新的 FinFET 工藝中使用了偶極子。這種結構究竟由什麼製成是一個商業祕密，但鑭是早期研究中的一個成分，也是比利時微電子研究中心Imec提出的另一項研究中的關鍵成分。那項研究關注的是如何最好地圍繞水平硅帶堆棧而不是一兩個垂直鰭片來構建材料。
在這些被稱爲納米片或全柵晶體管的器件中，每條硅帶之間的距離只有幾納米，因此偶極子是必不可少的。三星已經推出了一種納米片工藝，英特爾的20A工藝計劃於今年晚些時候推出。哈菲茲說，在intel 3 中引入偶極子功函數有助於使 20A 及其後繼產品18A進入更成熟的狀態。
intel 3 的特色
偶極子功函數並不是intel 3 比其前代產品提升 18% 的唯一技術。其中包括更完美的鰭片、更清晰的晶體管接觸以及更低的互連電阻和電容。
英特爾正在使用該工藝製造其Xeon 6 CPU。該公司計劃爲客戶提供三種技術變體，其中包括 3-PT，它採用 9 微米硅通孔，可用於 3D 堆疊。Hafez 表示：“我們預計英特爾 3-PT 將成爲我們代工工藝的支柱，並持續一段時間。”
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