Amerika Birleşik Devletleri'nin uyguladığı ihracat kısıtlamalarına rağmen, Çin eski DUV litografi teknolojisinden en yüksek verimi almak için yenilikçi yöntemler geliştirmeye devam ediyor. Çin Bilimler Akademisi (CAS), yeni Kapı Etrafı Sarma (GAA) transistörleri geliştirerek, Orta Hat (MEOL) kısıtlamalarına rağmen 3nm seviyesine yakın bir performans elde etmenin yolunu açmış olabilir.
Çin Bilimler Akademisi'nden 3nm Eşdeğeri Performans Sağlayan GAA Transistörler
Çin Bilimler Akademisi (CAS), mevcut DUV litografi makineleriyle 3nm seviyesinde performans sunabilecek yeni bir transistör mimarisi geliştirdiğini duyurdu.
Teknolojinin temel yapı taşlarından olan transistörler, bilgisayarın temelini oluşturan ikili 1 ve 0'ları taklit ederek elektrik akımını hızla açıp kapatan mikroskobik anahtarlardır. Bir çipte milyarlarca transistör bulunur.
Eski FinFET transistörleri genellikle dik bir kanat şeklinde tasarlanırken, GAA transistörleri elektrik kanalını tamamen sararak akım akışı üzerinde çok daha iyi bir kontrol sağlar. Bu, adeta bir hortumu iki parmakla sıkıştırmak yerine tüm elle sıkıştırmak gibidir.
CAS tarafından geliştirilen GAA transistörleri, 500.000'den fazla açık/kapalı oranına sahip. Bu, anahtar açıkken geçen elektrik akımının, kapalıyken geçen akımdan 500.000 kat daha fazla olduğu anlamına geliyor. Bu da mükemmel bir elektriksel kontrol ve neredeyse sıfır kaçak akım sağlıyor.
Daha da önemlisi, CAS bu transistörleri DUV makineleriyle ürettiğini iddia ediyor. Normalde DUV litografi makinelerinin yaydığı ışık, 3nm seviyesinde devreler basmak için yeterli değildir. Bununla birlikte, art arda tekrarlanan kazıma adımlarıyla (multi-patterning) ve lazerin çözünürlüğünü artırmak için ultra saf su kullanan daldırma DUV (immersion DUV) gibi tekniklerle 7nm seviyesinde devreler basmak mümkün. CAS ise yeni transistörleriyle 3nm eşdeğeri performansa giden bir yol açtığını öne sürüyor.
Yonga üretiminde, Ön Hat (FEOL) süreci transistörlerin oluşturulmasıyla ilgilenir. CAS'ın bu yeni GAA transistörlerinin sunduğu mükemmel elektriksel kontrol sayesinde, transistörlerin arasına daha fazla boşluk bırakılsa bile, daha yoğun FinFET transistör mimarisiyle aynı performansı elde etmek mümkün hale geliyor.
Orta Hat (MEOL) süreci ise her transistörü daha geniş devreye bağlayan metal bağlantılarıyla ilgilenir. Bu süreç, çok hassas hendekler veya delikler kazmayı ve bunları metalle doldurmayı gerektirir. Arka Hat (BEOL) süreci ise her şeyi çip genelinde birbirine bağlayan daha üst metal kablolama katmanlarıyla ilgilenir. M0, en alt metal katmandır ve transistörlere en yakın ve en ince katman olduğu için üretimi en zor olanıdır. Uzmanlara göre, MEOL temas hendekleri/delikleri ve BEOL M0, bu süreçler GAA transistöründeki iyileştirmelerden faydalanamadığı için özellikle zorlayıcıdır. Dahası, polialüminyum arası mesafe (kapılar arasındaki boşluk) da MEOL karmaşıklığı tarafından belirlenir.
Yine de, transistörler arasındaki boşluğu rahatlatabildiğinizde, M0'daki 5-track yerine 4-track kullanarak mantık hücrelerinin (yaklaşık 137.8 MTr/mm² yoğunlukta) yüksekliği azaltılabilir. Bu, TSMC'nin 5nm düğümünün sunduğu yoğunluğa yaklaşık olarak eşittir. Temel olarak, orta ve erken kablolama katmanları hala zorlanıyor olsa bile, yeni GAA transistörleri kullanılarak ve mantık hücreleri daha kısa hale getirilerek daha yoğun paketleme mümkün hale geliyor, bu da 5nm eşdeğeri performansı potansiyel olarak açığa çıkarıyor.
Elbette, Huawei ve SMIC gibi firmalar aynı anda başka mimari iyileştirmeler de peşinde koşuyor. Örneğin, yeni nesil Ascend 960 yongaları tanıtıldı ve bu yongalar, LogicFolding teknolojisi sayesinde daha hızlı bir lansman takvimi sunuyor. LogicFolding, mantık devrelerini dikey olarak istifleyerek, bireysel devreler daha yoğun transistörlere sahip olmasa bile hesaplama yoğunluğunu artırıyor. Bu yaklaşım aynı zamanda sinyal yollarını kısaltıyor ve farklı aktif silikon katmanlarının tek bir birim gibi işlev görmesini sağlayan ince hatveli dikey ara bağlantıları kullanıyor.
