45-нм процесс

Согласно Международной технологической дорожной карте для полупроводников , процесс 45 нм представляет собой MOSFET технологический узел , относящийся к среднему полушагу ячейки памяти, произведенной примерно в 2007–2008 годах.

Matsushita и Intel начали массовое производство 45-нм чипов в конце 2007 года, а AMD начала производство 45-нм чипов в конце 2008 года, а IBM , Infineon , Samsung и Chartered Semiconductor уже завершили создание общей 45-нм технологической платформы. В конце 2008 года SMIC стала первой китайской полупроводниковой компанией, перешедшей на 45 нм, получив лицензию на массовый процесс 45 нм у IBM. В 2008 году TSMC перешла на 40 -нм техпроцесс.

Размеры многих критических элементов меньше длины волны света, используемого для литографии (т. е. 193 нм и 248 нм). Для создания субволновых объектов используются различные методы, такие как линзы большего размера. Также было введено двойное нанесение рисунка , чтобы помочь сократить расстояния между элементами, особенно если используется сухая литография. Ожидается, что больше слоев будут иметь структуру с длиной волны 193 нм в узле 45 нм. Ожидается, что перемещение ранее рыхлых слоев (таких как Metal 4 и Metal 5) с длины волны 248 нм на длину волны 193 нм продолжится, что, вероятно, приведет к дальнейшему росту затрат из-за трудностей с фоторезистами 193 нм .

Диэлектрик с высоким κ

Производители микросхем первоначально выразили обеспокоенность по поводу использования новых материалов с высоким κ в стеке затворов с целью снижения тока утечки плотности . Однако в 2007 году и IBM, и Intel объявили, что у них есть решения с диэлектриками и металлическими затворами с высоким κ, что Intel считает фундаментальным изменением в конструкции транзисторов . ^[1] NEC также внедрила в производство материалы с высоким κ.

Демонстрации технологий

В 2004 году TSMC площадью 0,296 квадратного микрометра и техпроцессом 45 нм продемонстрировала ячейку SRAM . В 2008 году TSMC перешла на 40-нм техпроцесс. ^[2]
размером 0,346 квадратных микрометра и техпроцессом 45 нм В январе 2006 года Intel продемонстрировала ячейку SRAM .
В апреле 2006 года AMD продемонстрировала ячейку SRAM площадью 0,370 квадратных микрометра и техпроцессом 45 нм.
В июне 2006 года компания Texas Instruments представила ячейку SRAM размером 0,24 квадратного микрометра и 45 нм с помощью иммерсионной литографии .
В ноябре 2006 года UMC объявила, что разработала чип SRAM 45 нм с размером ячейки менее 0,25 квадратного микрометра с использованием иммерсионной литографии и диэлектриков с низким κ .
В 2006 году Samsung разработала техпроцесс 40 нм. ^[3]

Преемниками технологии 45 нм являются технологии 32 нм , 22 нм , а затем и 14 нм .

Коммерческое введение

Компания Matsushita Electric Industrial Co. начала массовое производство микросхем «система-на-кристалле» (SoC) для цифрового потребительского оборудования на основе техпроцесса 45 нм в июне 2007 года.

Intel поставила свой первый 45 -нм процессор серии Xeon 5400 в ноябре 2007 года.

Многие подробности о Penryn появились на форуме разработчиков Intel в апреле 2007 года . Его преемника зовут Нехалем . Важные достижения ^[4] включают добавление новых инструкций (в том числе SSE4 , также известных как новые инструкции Penryn) и новых материалов для изготовления (в первую очередь, диэлектрика на основе гафния ). 45-нм техпроцесс Intel обеспечивает плотность транзисторов 3,33 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр (MTr/мм2). ^[5]

В конце 2008 года AMD выпустила процессоры Sempron II , Athlon II , Turion II и Phenom II (в целом в порядке возрастания производительности), а также Shanghai Opteron, процессоры использующие техпроцесс 45 нм.

Xbox 360 S , выпущенный в 2010 году, оснащен процессором Xenon , изготовленным по 45-нм техпроцессу. ^[6]

Модель PlayStation 3 Slim представила Cell Broadband Engine, выполненный по 45-нм техпроцессу. ^[7]

Пример: техпроцесс Intel 45 нм.

На IEDM 2007 были раскрыты дополнительные технические подробности 45-нм техпроцесса Intel. ^[8]

Поскольку здесь не используется иммерсионная литография, нанесение литографического рисунка сложнее. с вырезанием линий двойного рисунка Следовательно, для этого 45-нм процесса явно используется метод . Кроме того, с высоким κ впервые используется диэлектрик для решения проблем утечки затвора. Для 32-нм узла иммерсионную литографию Intel начнет использовать .

Шаг затвора 160 нм (73% поколения 65 нм)
Шаг изоляции 200 нм (91% генерации 65 нм), что указывает на замедление масштабирования расстояния изоляции между транзисторами.
Широкое использование фиктивных медных металлических и фиктивных ворот. ^[9]
Длина затвора 35 нм (такая же, как у поколения 65 нм)
Эквивалентная толщина оксида 1 нм, с переходным слоем 0,7 нм.
Процесс Gate-last с использованием фиктивного поликремния и металлических ворот из дамасской стали.
Придание квадратной формы торцам ворот с использованием второго покрытия фоторезиста. ^[10]
9 слоев оксида, легированного углеродом, и соединения меди , последний из которых представляет собой толстый слой «перераспределения».
Контакты имеют форму скорее прямоугольников, чем кругов для локальных межсоединений.
Бессвинцовая упаковка
Ток управления nFET 1,36 мА/мкм
Ток возбуждения pFET 1,07 мА/мкм, на 51% быстрее, чем при генерации с длиной волны 65 нм, с более высокой подвижностью дырок благодаря увеличению содержания Ge с 23% до 30% во встроенных SiGe стрессорах.

В ходе реверс-инжиниринга Chipworks в 2008 г. ^[11] Выяснилось, что траншейные контакты были сформированы в виде слоя «Металл-0» вольфрама, служащего локальным межсоединением. Большинство траншейных контактов представляли собой короткие линии, ориентированные параллельно воротам, покрывающие диффузию, тогда как контакты ворот представляли собой еще более короткие линии, ориентированные перпендикулярно воротам.

Недавно было обнаружено ^[12] что и в микропроцессорах Nehalem , и в Atom использовались ячейки SRAM, содержащие восемь транзисторов вместо обычных шести, чтобы лучше масштабировать напряжение. Это привело к штрафу за площадь более 30%.

Процессоры, использующие технологию 45 нм

Matsushita с техпроцессом 45 нм выпустила Uniphier в 2007 году. ^[13]
Процессоры Intel Wolfdale , Wolfdale-3M , Yorkfield , Yorkfield XE и Penryn продаются под брендом Core 2 .
первого поколения, Процессоры Intel Core i3, i5 и i7 такие как Clarksfield , Bloomfield и Lynnfield .
Diamondville , Pineview — ядра Intel с Hyper-Threading, продаваемые под брендом Intel Atom .
Четырехъядерные процессоры AMD Thuban ( Phenom II ), Callisto, Heka, Propus, Deneb, Zosma ( Phenom II ) и Shanghai ( Opteron ), двухъядерные процессоры Regor ( Athlon II ) [1] , процессорыCaspian ( Turion II мобильные двухъядерные ) процессоры.
Процессор Xenon в Xbox 360 S. модели
Sony/Toshiba Cell Broadband Engine в модели PlayStation 3 Slim — сентябрь 2009 г.
Samsung S5PC110, известный как Колибри .
Texas Instruments OMAP 3 и 4. Серии
IBM POWER7 и z196
Fujitsu SPARC64 VIIIfx Серия
для Wii U. Процессор IBM « Espresso »

Ссылки

^ «IEEE Spectrum: решение High-k» . Архивировано из оригинала 26 октября 2007 года . Проверено 25 октября 2007 г.
^ «Технология 40 нм» . ТСМС . Проверено 30 июня 2019 г.
^ «История» . Самсунг Электроникс . Samsung . Проверено 19 июня 2019 г.
^ «Отчет об улучшениях серии Penryn» (PDF) . Интел. Октябрь 2006 г.
^ «Глубокий обзор Intel Cannon Lake и Core i3-8121U по техпроцессу 10 нм» .
^ «Новый Xbox 360 официально стоит 299 долларов, доставка сегодня, выглядит угловатой и зловещей (видео из практики!)» . AOL Engadget . 14 июня 2010 года. Архивировано из оригинала 17 июня 2010 года . Проверено 11 июля 2010 г. .
^ «Sony отвечает на наши вопросы о новой PlayStation 3» . Арс Техника . 18 августа 2009 года . Проверено 19 августа 2009 г. .
^ Мистри, К.; Аллен, К.; Аут, К.; Битти, Б.; Бергстрем, Д.; Бост, М.; Брейзер, М.; Бюлер, М.; Каппеллани, А.; Чау, Р.; Чой, Ч.-Х.; Дин, Г.; Фишер, К.; Гани, Т.; Гровер, Р.; Хан, В.; Ханкен, Д.; Хаттендорф, М.; Он, Дж.; Хикс, Дж.; Хюсснер, Р.; Ингерли, Д.; Джайн, П.; Джеймс, Р.; Джонг, Л.; Джоши, С.; Кеньон, К.; Кун, К.; Лук-порей.; Лю, Х.; Маиз, Дж.; Макинтайр, Б.; Мун, П.; Нейринк, Дж.; Пае, С.; Паркер, К.; Парсонс, Д.; Прасад, К.; Пайпс, Л.; Принц, М.; Ранаде, П.; Рейнольдс, Т.; Сэндфорд, Дж.; Шифрен, Л.; Себастьян Дж.; Сейпл, Дж.; Саймон, Д.; Сивакумар, С.; Смит, П.; Томас, К.; Троегер, Т.; Вандерворн, П.; Уильямс С. и Завадски К. (декабрь 2007 г.). «Логическая технология 45 нм с транзисторами High-k + с металлическим затвором, напряженным кремнием, 9 межсоединяющими слоями меди, сухой структурой 193 нм и корпусом, полностью не содержащим свинца». 2007 Международная конференция IEEE по электронным устройствам . стр. 247–250. дои : 10.1109/IEDM.2007.4418914 . ISBN 978-1-4244-1507-6 . S2CID 12392861 .
^ Intel расширяет границы литографии, часть II
^ «Технологический процесс Intel 45 нм в IEDM» . Архивировано из оригинала 2 декабря 2008 года . Проверено 2 сентября 2008 г.
^ "анализ" . Архивировано из оригинала 2 декабря 2008 года . Проверено 15 марта 2008 г.
^ 8T SRAM используется для Nehalem и Atom
^ «Panasonic начинает продавать системы UniPhier LSI нового поколения» . Панасоник . 10 октября 2007 года . Проверено 2 июля 2019 г.

Внешние ссылки

Предшественник 65 нм	КМОП Процессы производства	Преемник 32 нм

[1] «IEEE Spectrum: решение High-k» . Архивировано из оригинала 26 октября 2007 года . Проверено 25 октября 2007 г.

[2] «Технология 40 нм» . ТСМС . Проверено 30 июня 2019 г.

[samsung-history-3] «История» . Самсунг Электроникс . Samsung . Проверено 19 июня 2019 г.

[4] «Отчет об улучшениях серии Penryn» (PDF) . Интел. Октябрь 2006 г.

[5] «Глубокий обзор Intel Cannon Lake и Core i3-8121U по техпроцессу 10 нм» .

[6] «Новый Xbox 360 официально стоит 299 долларов, доставка сегодня, выглядит угловатой и зловещей (видео из практики!)» . AOL Engadget . 14 июня 2010 года. Архивировано из оригинала 17 июня 2010 года . Проверено 11 июля 2010 г. .

[7] «Sony отвечает на наши вопросы о новой PlayStation 3» . Арс Техника . 18 августа 2009 года . Проверено 19 августа 2009 г. .

[mistry2007-8] Мистри, К.; Аллен, К.; Аут, К.; Битти, Б.; Бергстрем, Д.; Бост, М.; Брейзер, М.; Бюлер, М.; Каппеллани, А.; Чау, Р.; Чой, Ч.-Х.; Дин, Г.; Фишер, К.; Гани, Т.; Гровер, Р.; Хан, В.; Ханкен, Д.; Хаттендорф, М.; Он, Дж.; Хикс, Дж.; Хюсснер, Р.; Ингерли, Д.; Джайн, П.; Джеймс, Р.; Джонг, Л.; Джоши, С.; Кеньон, К.; Кун, К.; Лук-порей.; Лю, Х.; Маиз, Дж.; Макинтайр, Б.; Мун, П.; Нейринк, Дж.; Пае, С.; Паркер, К.; Парсонс, Д.; Прасад, К.; Пайпс, Л.; Принц, М.; Ранаде, П.; Рейнольдс, Т.; Сэндфорд, Дж.; Шифрен, Л.; Себастьян Дж.; Сейпл, Дж.; Саймон, Д.; Сивакумар, С.; Смит, П.; Томас, К.; Троегер, Т.; Вандерворн, П.; Уильямс С. и Завадски К. (декабрь 2007 г.). «Логическая технология 45 нм с транзисторами High-k + с металлическим затвором, напряженным кремнием, 9 межсоединяющими слоями меди, сухой структурой 193 нм и корпусом, полностью не содержащим свинца». 2007 Международная конференция IEEE по электронным устройствам . стр. 247–250. дои : 10.1109/IEDM.2007.4418914 . ISBN 978-1-4244-1507-6 . S2CID 12392861 .

[9] Intel расширяет границы литографии, часть II

[10] «Технологический процесс Intel 45 нм в IEDM» . Архивировано из оригинала 2 декабря 2008 года . Проверено 2 сентября 2008 г.

[11] "анализ" . Архивировано из оригинала 2 декабря 2008 года . Проверено 15 марта 2008 г.

[12] 8T SRAM используется для Nehalem и Atom

[13] «Panasonic начинает продавать системы UniPhier LSI нового поколения» . Панасоник . 10 октября 2007 года . Проверено 2 июля 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]