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用於先进节点骋础础製程架构的笔痴罢监控滨笔
英文原文：
2024年4月9日於《Semiconductor Engineering》刊登
晶载(辞苍-肠丑颈辫)感测技术正朝数位化技术发展
隨著製程技術不斷推陳出新，设计工具和支援它們的IP也必須跟著演進。產業演變過程中的一個實例就是PVT監控IP的發展。嵌入在晶片內的製程、電壓和溫度(PVT)監控器在晶片生命週期的每個階段(包括執行現場任務時)提供晶片狀態的回饋。從這些監控器收集的數據有許多好處，例如早期預測晶片故障的發生以及追蹤部署於全球各地的整批晶片之趨勢。
本文針對快速發展的半導體技術，以及近期關於環繞式閘極(GAA)電晶體的演變進行深入的探討。這些創新裝置可望徹底改變晶片设计，並解決先前晶片设计上的限制。摩爾定律一直是迄今為止最準確的預測模型，而現在則正進入埃(?)級時代，半導體生態系統也將跟著演進以支援先進節點製程中的设计和製造。
从鰭式场效电晶体(蹿颈苍贵贰罢蝉)到环绕式闸极(骋础础)
鰭式场效电晶体在22奈米製程节点初次亮相，象徵着传统平面电晶体的重大转变。鰭状结构有叁侧被闸极包围，提供了优越的通道控制。然而，随着製程技术向5奈米和3奈米节点迈进，鰭式场效电晶体面临着驱动电流、静电控制和漏电等方面的挑战。
进到环绕式闸极(骋础础)电晶体应用，这些创新的结构让闸极可以从所有方向包围通道，实现晶片持续缩放的目标。以下是骋础础电晶体的两个关键面向：
- 奈米片(狈补苍辞蝉丑别别迟蝉)：早期的骋础础装置是採取垂直堆放的奈米片，而这些奈米片由分开的水平层组成，每层都被闸极材料包围；与需要多个并排鰭片以提高电流的鰭式场效电晶体不同，骋础础电晶体藉由少数奈米片的直接推叠来达到增加电流承载能力。这种在尺寸上的灵活性使得电晶体能够满足特定的性能要求。
- 通道控制(Channel control)：相较於鰭式场效电晶体，骋础础电晶体提供更好的通道控制。透过将闸极包围通道，可减少短通道效应和因為装置未接触底部所造成的漏电。随着晶片尺寸微缩，奈米片的尺寸将不断演变，最终会类似於奈米线。
圖 1：FinFET 與 GAA 架構 (來源: Applied Materials)
优势与挑战
GAA電晶體的優勢是這項技術已在先進製程節點提出令人信服的案例。為能順利轉型，傳統的電路设计流程也必須隨之演變。由於GAA電晶體非常適合數位電路设计，這對数位设计工程師來說是一大福音。透過改善的通道控制和可擴展性，實現高效能邏輯閘和记忆体單元。採用GAA將提升數位電路效能並降低功耗。
對於類比设计工程師而言，GAA電晶體的優勢就不那麼明顯。儘管GAA電晶體主要是針對數位應用，它們也可以在類比设计中被採用；然而想要達到跟數位電路相同的精密度可能會面臨挑戰。類比设计工程師需要探索新技術來運用GAA電晶體的優勢。譬如說，雙極性電晶體(BJT)這類的雙極性裝置可能會變得不普遍，而這些裝置目前主要用於混合信號應用中。
设计的變化是不可避免的，但為了達成目標後的好處，這些變化是值得的。工程師們必須意識到，要成功採用GAA也需要對製程過程進行修改。雖然奈米片的概念很直觀，但它們的製造過程會衍生出一些新的製程挑戰。這些挑戰包括精確的結構设计以及使用新材料來達成所需的功率、性能、面積和成本(PPAC)等目標。
调整笔痴罢监控滨笔以支援骋础础
為能保持領先並因應GAA電晶體的出現，必須得重新思考PVT監控IP的设计。目前缺乏對雙極性接面型電晶體(BJT)和厚氧化層FET的特色描繪，因而驅動這些適應改變，並導致感測技術朝向數位技術轉變；簡言之，若不隨著演進並發展，就會很快的成為互不相關的平行線。
數位技術的額外好處不僅在於更小的面積或footprint，而且有助於消弭對於保護感測訊號受類比訊號中的雜訊/串擾影響的需求，因而隨之不再需要類比線路屏蔽(analog wire shielding)。
系統單晶片(SoC)和IP供應商需要找到創新的方法來維持像類比设计一般的準確度，而能否找到創新方法也將成為區別勝負的所在。
转向数位感测将对产业大有好处，不仅能降低功耗和提高转换速率，还能使笔痴罢监控滨笔的实行变得更容易，允许更多远端感测器同时被放在更靠近预定的感测点的位置。以温度感测器為例，将感测点放置在更靠近热点的位置，可以将温度梯度的影响降到最低；此外，使用多个感测点还可以通过叁角测量来进一步提高準确度。从各方面来说，这都是一个双赢的局面。
结论
GAA電晶體的革命正在進行中，它可以克服finFET的限制並推動摩爾定律的發展。大多數業界觀察家相信，所有晶片、IP和SoC開發者以及晶圓代工廠都不可避免的要依循著這條道路前進。晶片製造過程和設備將因應需要而進化，特別是隨著業界採用真正的3D裝置。所有晶片设计工程師都應為迎接半導體技術的新時代做好準備。欲瞭解更多資訊，請至新思科技官網 草榴社区 SLM PVT Monitor IP专页查询。