UMC phối hợp với IBM phát triển kỹ thuật bán dẫn FinFET 20nm

Trong một bản đệ trình lên sàn Giao dịch Chứng khoán Đài Loan (TSE), hãng gia công lớn thứ hai thế giới - UMC - vừa cho biết đơn vị này "đã đăng ký bản quyền công nghệ của IBM nhằm triển khai phát triển kỹ thuật gia công tiến trình CMOS 20nm với FinFET". FinFET, hay còn gọi là multi-gate (đa cổng), là một thuật ngữ bán dẫn nhằm chỉ ra các trans có cấu tạo gồm nhiều cổng, so với kỹ thuật planar vốn chỉ có một cổng đang được dùng phổ biến hiện nay. Dòng chip 22nm (Ivy Bridge) vừa ra mắt hồi đầu năm nay của Intel là các thiết kế silicon duy nhất có áp dụng FinFET, mà hãng này PR với cái tên 3-D trans.

Một trong các lý do để chuyển từ thiết kế đơn cổng (planar) sang đa cổng (FinFET) là sự thu nhỏ kích thước các trans. Sự thu nhỏ này đến một giới hạn nhất định sẽ khiến cho hiệu quả bán dẫn (chức năng đóng / ngắt mạch dựa trên hiệu ứng trường - FET) không còn đạt các giá trị mong muốn. Các kỹ sư sẽ phải áp đặt mức điện thế cao hơn lên các cổng (gate) để đảm bảo dòng điện qua kênh dẫn (channel) vẫn đủ lớn nhằm duy trì sự ổn định của mạch tín hiệu. Do sự gia tăng về điện thế cổng này mà các trans nhỏ hơn sẽ trở nên hao điện hơn, đi ngược lại với mong muốn từ việc thu nhỏ chúng. Thiết kế đa cổng được đề ra nhằm khắc phục tình trạng này: vẫn duy trì mức điện áp không đổi nhưng tạo ra hiệu ứng trường mạnh hơn, từ đấy duy trì được cường độ của dòng qua kênh.

Song FinFET không dễ chế tạo. Sự thay đổi căn cơ từ "nằm" sang "đứng" khiến cho các trans FinFET khó sản xuất sản xuất hơn trans planar. Ý tưởng về FinFET thực tế đã có từ 10 năm trước và nhiều hãng đã bắt tay nghiên cứu về nó. Nhưng thương mại hoá FinFET vẫn còn là vấn đề thời gian mà vài hãng đã quyết định chỉ dùng nó khi xuống tiến trình 14nm hoặc nhỏ hơn, như TSMC hay Global Foundries (GF). Do vậy quyết định đăng ký dùng FinFET cho node 20nm lần này của UMC thực sự khiến nhiều người thắc mắc.

I.C. Chen, phó chủ tịch đơn vị phát triển công nghệ của UMC, viết trong bản đệ trình: "Chúng tôi vui mừng khi được tiếp xúc với một hãng tiên phong công nghệ như IBM vì các nỗ lực phát triển công nghệ này. Bằng việc khai thác kinh nghiệm về công nghệ của IBM, chúng tôi có thể rút ngắn việc nghiên cứu (R&D) FinFET và node 20nm nhằm tạo ra một quan hệ đôi bên cùng có lợi cho cả UMC lẫn các khách hàng."

Do trans FinFET khác biệt nhiều với trans planar, một thiết kế dù là cùng node bán dẫn song không thể dùng chung dây chuyền sản xuất được. Vì thế nếu một khách hàng của UMC nếu đã dùng dây chuyền FinFET 20nm, họ sẽ không có khả năng đưa bản thiết kế đó cho hãng gia công khác như TSMC hay GF làm trong trường hợp UMC không đáp ứng đủ nhu cầu. Ngoài ra, tuy mua lại bản quyền công nghệ FinFET 20nm của IBM, nhưng UMC lại không có mặt trong liên minh Common Process Platform do IBM dẫn đầu (theo sau có Samsung và GF). Liên minh này dự định sẽ dùng FinFET cho node 14nm. Chi tiết này đặt ra nghi vấn liệu có phải UMC mua công nghệ của IBM chỉ nhằm để chuẩn bị cho 14nm chứ không thực dùng cho node 20nm. Có suy đoán rằng ở node 20nm, UMC vẫn tiếp tục dùng kỹ thuật planar để gia công chip cho khách hàng.