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蘋果的A7處理器不僅在技術上非常先進，同時也是優秀的工程代表。它采用三星28nm低功耗(LP)、前柵極(Gate First)、高K金屬柵極(HKMG)工藝制造，擁有九個銅金屬層和低K電介質，以及一個頂部鋁金屬層，其中前柵極晶體管結構來自通用平臺技術(Common Platform Technology)——IBM、GlobalFoundries、三星組成的聯盟。

ChipWorks今日撰文，介紹了A7的前道工序(FEOL)晶體管結構，并和蘋果及其它廠商的芯片進行了對比。對半導體晶體管技術感興趣的朋友不妨看看。

2010年9月的蘋果A4工藝是三星45nm多晶硅晶體管，以及180nm接觸柵極間隔，NMOS(N型金屬氧化物半導體)、PMOS(P型金屬氧化物半導體)晶體管結構基本一致，主要區別就是多晶硅柵極、源極-汲極硅化物所用材料的不同。

45nm A4 MOS

2011年3月的A5轉向了32nm HKMG工藝(當然還是三星)，10個金屬層，前柵極，接觸柵極間隔縮短至130nm，PMOS晶體管增加了硅鍺(SiGe)通道，NMOS、PMOS也使用了獨立的功函數金屬。硅鍺通道改善了PMOS的空穴漂移率，也是晶體管功函數的一部分。

2012年9月的A6延續了上述工藝。

A7是蘋果的第一款28nm工藝處理器，大部分很像32nm，接觸柵極間隔進一步縮至120nm，PMOS、NMOS晶體管因為結構不同而可以輕松區分。

NMOS晶體管使用了NMOS功函數金屬柵極，沉淀在高K柵極電介質上，而后者是二氧化鉿附著在薄薄的一層二氧化硅上組成的。因為硅化物多晶硅柵極也是在HKMG柵極堆棧之后形成的，所以它同樣屬于前柵極技術的范疇。

28nm A7 NMOS

PMOS晶體管最大的特點是PMOS柵極下的硅鍺通道，以及沉淀在高K電介質堆棧上的獨立PMOS功函數金屬。NMOS金屬柵極在PMOS金屬柵極之上，表明PMOS晶體管是先形成的。

28nm A7 PMOS

大家可以看看下面兩張圖，A7的門間距是114納米，而A6是123納米。A7的28納米制程和A6的32納米制程之間的差別在哪里呢?簡單來說，A7可以在A6的77%面積內放下和A6處理器一樣多的晶體管，然而A7的芯片面積比A6還大，這也難怪iPhone 5s對iPhone 5碾壓性的性能有優勢了。

見識一下蘋果A7的10億個晶體管

蘋果A7的10億個晶體管

NMOS金屬柵極對PMOS晶體管的電氣屬性無影響，但Kabini是在多晶硅沉淀步驟中用來保護PMOS金屬柵極的一個屏障。

PMOS、NMOS晶體管的側壁間隙壁結構(SWS)形狀很接近，而且兩種晶體管都覆蓋了同樣的接觸蝕刻終止層(CESL)。

需要功函數各異的兩種不同金屬柵極是HKMG技術的最大挑戰，比在多晶硅上難得多。

三星的前柵極PMOS硅鍺通道技術也用在了聯盟其它兩位成員的工藝中：GlobalFoundries AMD 32nm處理器、IBM Power7+處理器。

作為對比，Intel、臺積電沒有在PMOS通道區域使用硅鍺，而是純粹借助金屬柵極實現了功函數的不同。更進一步地，Intel、臺積電的是后柵極(Gate Last)，晶體管使用傳統的多晶硅柵極完成，然后移除多晶硅，代之以NMOS、PMOS HKMG柵極堆棧。