12月7日，比利時微電子研究中心（imec）通過官網(wǎng)宣布，在近日的2024年IEEE 國際電子器件會議 （IEDM）上，其展示了一種基于 CFET 的新標準單元架構(gòu)，其中包含兩排 CFET，中間有一個共享的信號路由墻。

根據(jù) imec 的設計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化 （DTCO） 研究，這種雙排 CFET 架構(gòu)的主要優(yōu)點是簡化了流程，并顯著減少了邏輯和 SRAM 單元面積。與傳統(tǒng)的單排 CFET 相比，新架構(gòu)允許標準電池高度從 4T 降低到 3.5T。

半導體行業(yè)在制造（單片）CFET 器件方面取得了長足的進步，這些器件有望在邏輯技術(shù)路線圖中取代全環(huán)繞柵極納米片 （NSH）。當與用于供電和信號路由的背面技術(shù)相結(jié)合時，nFET 和 pFET 器件的堆疊有望在功率、性能和面積 （PPA） 方面帶來優(yōu)勢。

然而，在電路層面，仍有幾種選擇可以將 CFET 集成到標準單元中，以維持或增強預期的 PPA 優(yōu)勢。特別具有挑戰(zhàn)性的是中間線路 （MOL） 連接，即將源極/漏極和柵極觸點連接到第一條金屬線（背面和正面）并確保電源和信號從上到下的連接的互連。

通過比較標準單元架構(gòu)的 DTCO 研究，imec 表明，雙排 CFET 為 A7（7埃米,即0.7nm）邏輯節(jié)點提供了可制造性和面積效率之間的最佳權(quán)衡。這種新架構(gòu)從基本單元開始，其中 CFET 的一側(cè)針對電源連接進行了優(yōu)化，包括將電源從背面輸送到頂部設備的電源軌 （VSS） 和底部設備的直接背面連接。另一側(cè)通過提供中間布線墻 （MRW） 來實現(xiàn)從上到下的連接，從而針對信號連接進行了優(yōu)化。然后，通過鏡像兩個基本單元（具有兩排堆疊器件）形成雙排 CFET 標準單元，這兩個基本單元共享相同的 MRW 以進行信號連接（參見圖 1）。

△圖1-(a)單行CFET 和(b)雙行CFET的概念表示。觸發(fā)器(D型觸發(fā)器或DFF)的布局顯示，當從單行過渡到雙行CFET時，單元高度和面積減少了24nm (或12.5%)

imec DTCO 項目總監(jiān) Geert Hellings 表示：“我們的 DTCO 研究表明，每 3.7 FET 有一個共享 MRW 就足以構(gòu)建邏輯和 SRAM 單元。與“經(jīng)典”單排 CFET 相比，這使我們能夠進一步將標準電池高度從 4 T 降低到 3.5T。這意味著 SRAM 單元的面積顯著減少了 15%。與采用 A14 NSH 技術(shù)構(gòu)建的 SRAM 相比，基于雙排 CFET 的 SRAM 可實現(xiàn)超過 40% 的面積收縮，為 SRAM 提供了進一步的擴展路徑。雙排 CFET 還簡化了工藝，因為兩排 CFET 器件之間共享 MRW 溝槽。這樣就無需額外的高縱橫比過孔來連接頂部和底部器件（如有必要），從而降低了 MOL 處理的復雜性和成本。

“自 7nm 技術(shù)節(jié)點以來，除了傳統(tǒng)的器件擴展外，通過 DTCO 進行的標準單元優(yōu)化在節(jié)點到節(jié)點密度增加中提供了越來越大的份額，”Geert Hellings 補充道。“對于我們對 CFET 架構(gòu)的 DTCO 研究，我們從未來 CFET 晶圓廠設想的工藝能力開始，以確保與行業(yè)相關(guān)的工藝流程（圖 2）。此外，我們還通過在 imec 的 300 毫米潔凈室中進行的技術(shù)概念驗證來驗證我們的虛擬晶圓廠概念。虛擬晶圓廠和真實試產(chǎn)線活動的結(jié)合是推進我們路線圖的關(guān)鍵一步。”

△圖2-用于構(gòu)建雙排CFET架構(gòu)的虛擬流程。使用3D Coventor模擬的工藝流程從“虛擬"CFET晶圓廠的規(guī)格開始，預測未來的加工能力和設計裕度。放大圖像代表了在imec的300毫米研發(fā)潔凈室設施內(nèi)制造的單片CFET技術(shù)演示器的TEM。

因此，同樣在 IEDM 上，imec 實驗展示了這種雙排 CFET 架構(gòu)的一個關(guān)鍵構(gòu)建塊：一個功能性單片 CFET，其背面直接接觸底部 pMOS 器件的源極/漏極。這是通過 EUV 背面圖案化實現(xiàn)的，該圖案確保了密集的背面電源和信號布線，以及從正面創(chuàng)建的源極/漏極、背面接觸和隨后的背面金屬層之間的緊密覆蓋（<3nm 精度）（圖 2）。