Научно-информационный материал рассмотрение новых полупроводниковых технологий на примере Intel
Скачать 80.98 Kb.
|
Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов» Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский институт электронной техники (технический университет)» НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Рассмотрение новых полупроводниковых технологий на примере Intelпо курсу: «Современное состояние микро-и наноэлектроники в развитых странах мира (США, Японии, страны ЕС и Юго-восточной Азии)»Москва 2009 Рассмотрение состояния зарубежной микроэлектроники на примере IntelАнонс Intel, в котором компания раскрывает подробности о своем новом техпроцессе, весьма важен для индустрии: не секрет, что многие компании до сих пор бьются над внедрением 90-нм технологии. Нынешний 65-нм технологический процесс может характеризоваться следующими параметрами: • Увеличение производительности • Снижение энергопотребления • Толщина оксидной пленки затвора - 1,2 нм • Длина затвора транзистора - 35 нм • Расширенное использование технологии деформированного кремния (strained silicon) • 8-слойная медная металлизация • Использование Low-k диэлектриков В настоящее время с помощью новой технологии уже получены полнофункциональные чипы памяти SRAM емкость 70 Мбит, что подразумевает наличие более 0,5 млрд. транзисторов Именно на базе SRAM изготавливаются обширнейшие массивы быстродействующего кэша у современных процессоров. Таким образом, "обкатка" нового техпроцесса на выпуске ячеек памяти - не просто умозрительная задача ради эксперимента, но и, фактически, один из первых этапов по созданию (а может быть, даже портированию) первых элементов процессоров в новых производственных условиях. Для того чтобы лучше понять разницу между 90-нм нормами и новым 65-нм техпроцессом, обратимся к таблице, в которой сведены воедино основные сведения о прошлых, нынешних и будущих техпроцессах Intel.
Изменение технологических норм и физических параметров каждого транзисторного перехода оставляет неизменными некоторые параметры производства. Прежде всего надо отметить, что в ходу останутся 300-мм кремниевые подложки.
Итого, в арсенале остался лишь один подход - использование старого доброго фазового сдвига масок вкупе с применением 193-нм инструментов для наиболее критичных слоев и 248 инструментов для менее критичных уровней. Технология зарекомендовала себя достаточно хорошо при работе с 90-нм нормами и, по словам представителей Intel, потребовала лишь некоторого обновления 193-нм инструментов, плюс усовершенствования материалов и процесса разводки чипов.
Для лучшего понимания принципа фазового сдвига масок (Phase Shift Masks), не углубляясь особенно в сложности технологии, проиллюстрирую саму суть несколькими слайдами. Итак, нам необходимо проэкспонировать слой фоторезиста для последующего удаления "ненужных" участков и создания рисунка для последующего процесса, условно называемого "сухим травлением" (Etching). Вот так условно можно изобразить процесс экспозиции:
Для создания линий, имеющих ширину меньшую, чем позволяет делать это физическое разрешение оптической системы, вводится так называемая коррекция оптического приближения, или OPC (Optical Proximity Correction).
За счет линий с очертаниями достаточно сложной формы, формирующихся на маске с помощью изощренных алгоритмов, а также за счет применения технологии сдвига масок с чередующейся фазой (Alternating Phase Shift Masks), удается достичь ширины линий менее 40 нм даже при использовании инструментов с 193-нм лазером.
Однако APSM в любом случае требует использования как новой технологии изготовления масок, так и новых условий разводки чипов. Впрочем, это не единственные проблемы, которые приходится решать разработчикам при переходе на новый техпроцесс. Итак, ключевым индикатором нового 65-нм техпроцесса в практическом приложении мы можем назвать снижение линейного расстояния между электродами транзистора (именно отсюда и проистекает традиционное наименование техпроцесса, в данном случае - 65 нм). В среднем, это самое линейное расстояние уменьшается при смене техпроцесса в 0,7-0,71 раза, что при переходе к такому существенному параметру, как плотность размещения транзисторов на единицу площади, дает при смене техпроцесса уже 2-кратное увеличение!
Перспективы, открывающиеся при столь значительном увеличении плотности размещения транзисторов, мы обсудим несколько позже. Сейчас же внимательно рассмотрим обновленные технологии, используемые при изготовлении 65-нм транзисторов, а также их усовершенствованную структуру. Как известно, технология деформированного кремния (Strained Silicon) впервые была использована при запуске 90-нм техпроцесса. В случае с 65-нм нормами используется уже второе поколение технологии деформированного кремния.
Для достижения лучших параметров при использовании 65-нм норм в Intel применяют уникальную одноосевую технологию деформированного кремния вкупе с использованием силицида никеля (NiSi, материала с относительно низким сопротивлением) при создании затворов и каналов сток-исток. В результате улучшенной технологии деформации кремния удалось добиться улучшения одного из наиболее критичных параметров современного процессора - токов утечки транзисторов.
Фактически, ток затвора увеличился у 65-нм транзисторов на 10-15%, однако при этом наблюдается практически 4-кратное снижение токов утечек! Однако это еще не все. За счет уменьшения длины затвора до 35 нм и зазора окисла до 1,2 нм удалось снизить емкость затвора (CGATE) примерно на 20%, за счет чего также снижается активное потребление энергии чипом. В сумме, по словам представителей Intel, сочетание увеличенного тока затвора с уменьшенной емкостью позволяет добиться увеличения тактовых частот за счет этого примерно в 1,4 раза.
Новый 65-нм техпроцесс принес с собой значительные изменения в структуре чипа: теперь используется 8-слойная металлизация, в отличие от 7-слойной при работе с 90-нм чипами. Изменение физических размеров 3D-структуры чипов также принесло свои плоды: за счет использования Low-k диэлектриков из оксида углерода и сокращения примерно до 70% (по сравнению с 90-нм техпроцессом) длины контактных площадок удалось значительным образом снизить величину паразитной емкости между проводниками. В обязательном порядке это должно сказаться на снижении энергопотребления чипа в целом и на возможности дальнейшего наращивания тактовых частот в частности. Что касается введения дополнительного слоя металлизации, увеличение трехмерной плотности монтажа элементов чипа в любом случае выглядит положительным моментом.
Итого, к настоящему моменту с помощью 65-нм технологии удалось добиться размещения элементов одной ячейки памяти 6-T SRAM, то есть, шести транзисторов, на площади 0,57 мкм² - это примерно 10 миллионов транзисторов на кончике шариковой ручки (1 мм²) и примерно соответствует вышеупомянутой тенденции по удвоению плотности размещения транзисторов при переходе на новый техпроцесс. Кстати, вопросы энергосбережения новых поколений чипов, как вы знаете, выдвигаются сейчас в качестве чуть ли не самого главного параметра, который требует всесторонней оптимизации. Даже самый любимый раньше параметр - тактовая частота - отошел на второй план, благо, в любом случае появились другие способы подъема производительности процессора - например, за счет многоядерности.
Что же касается энергопотребления и тепловыделения, битва за эти параметры нынче ведется на всех фронтах. В частности, одним из способов экономии энергии в чипах с новым 65-нм техпроцессом называют уже неоднократно описанную в печати технологию "спящих транзисторов", благодаря использованию которой от питания отключаются целые блоки неиспользуемой памяти, и в результате токи утечки, например, SRAM, удается сократить более чем в три раза. На снимке выше как раз приведено тепловое фото фрагмента памяти со "спящими транзисторами" в неактивном блоке. Ожидается, что первой массовое производство 65 нм чипов на 300 мм кремниевых пластинах освоит фабрика Intel D1D, расположенная в Хиллсборо, штат Орегон и уже сейчас обладающая "чистыми комнатами" площадью порядка 176 тысяч квадратных футов. Следующими на производство 65-нм чипов будут переоборудованы 300-мм фабрики Fab 12 в Аризоне и Fab 24 в Лейкслипе, Ирландия, на развитие которых в ближайшие два года в бюджете компании заложены $2 млрд. расходы на каждую. Производство по новой технологии на Fab 24 планируется запустить уже в первой половине 2006 года. Стоит отметить, что в становлении своего нового 65-нм техпроцесса компания Intel плотно сотрудничает с ведущими производителями литографического оборудования и материалов, закупая их у таких лидеров индустрии, как ASMI (оборудование для работы с low-k диэлектрическими пленками и технологией Strained Silicon), ASML и Nikon (литографические сканеры и степперы), Novellus (работа с PVD - physical-vapor deposition - материалами для нанесения медных проводников). Не исключено, что при внедрении 65 нм техпроцесса Intel освоит технологию атомарного нанесения уровней (ALD, Atomic Layer Deposition) от ASMI и Genus, а также освоит методику лазерной термообработки (LTP, Laser Thermal Processing), разработанную в стенах компании Ultratech. Автоматизация техпроцесса возложена на компании Asyst Technologies и Daifuku. Средняя стоимость каждой производственной линии по выпуску 65 нм чипов при этом оценивается в среднем примерно в $500-$700 млн. Что касается наиболее критичных инструментов - литографических сканеров - Intel планирует для этих целей закупать модели i-line с 248-нм и 193-нм аргон-фторидными (ArF) лазерами у компании Nikon, не исключены и покупки инструментов Twinscan XT:1250 у ASML; для наиболее критичных слоев будут приобретаться 193-нм сканеры с высокой числовой апертурой (NA, Numeric Aperture) вплоть до 0,92 - 1,0, также от Nikon и ASML. Как известно, для работы с 32-нм нормами по техпроцессу P1268 компания Intel планирует использовать EUV-литографию, новые high-k диэлектрики и металлические затворы. В начале августа 2004 года Intel уже объявила об успешной инсталляции первого коммерческого EUV инструмента производства компании Exitech. Напомню, что источник излучения, используемый в EUV-литографии, имеет длину волны порядка 13,5 нм, то есть, заходит в область жесткого (или "экстремального - Extreme Ultra Violet, EUV) ультрафиолета. При всем том, что использование EUV-литографии позволяет создавать элементы схемы шириной всего 25 - 30 нм, для нормальной работы установки требуется применение совершенно новых фоторезистов, масок и условий эксплуатации производственных линий. Пока что внедрение техпроцесса P1268 запланировано Intel на 2009 год, однако индустриальные источники в целом весьма скептически относятся даже к таким столь отдаленным срокам, тем более что до сих пор в EUV-литографии промышленного уровня существует целый ряд нерешенных вопросов - мощность лазеров, материалы для оптики и фоторезистов и так далее. Что касается "промежуточного" между 65-нм и 32-нм техпроцесса P1266 с нормами 45 нм, внедрение которого намечено в Intel на 2007 год, здесь ясности еще меньше. Как известно, в свое время (в прошлом году) Intel на корню зарубила идею закупки "промежуточного" литографического оборудования с 157-нм лазерами и до сих пор не намерена менять свое решение. Компании IBM и AMD с великой надеждой поглядывают на иммерсионную литографию и даже принимают участие в запуске первой "pre-production" 193 нм иммерсионной литографической системы Twinscan AT:1150i от ASML в рамках проекта организации Albany NanoTech. Однако, все эти интересные подробности о путях развития индустрии, пожалуй, стоит вынести в отдельную публикацию, если на то будет интерес читателей.
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Российский государственный торгово-экономический университет (гоу... Российской Федерации, Правительства Москвы, Департамента науки, промышленной политики и предпринимательства города Москвы, Всемирной... |  | Научно-информационный материал Гос впо по специальности 080507. 65 Менеджмент организации, утвержденными 17 марта 2000, №234 эк/сп |
| Научно-информационный материал Михеева Е. В. Информационные технологии: Учеб пособие для сред проф образования – М.: Издательский центр «Академия», 2005 | | Российский государственный торгово-экономический университет (гоу... Учебно-методический комплекс подготовлен: Арефинкиной Е. Г. кандидатом юридических наук |
| Бюллетень новых поступлений в научно-информационный библиотечный... Экономическое положение. Экономическая политика. Управление и планирование в экономике. Производство. Услуги. Цены 25 | | Российский государственный торгово-экономический университет (гоу... Методические указания составлены в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта |
| Российский государственный торгово-экономический университет (гоу... Основная образовательная программа по направлению 040104. 65 – «Организация работы с молодежью» | | «Совершенствование, научно-методическое сопровождение и внедрение... Тема виды банковских документов и бухгалтерских проводок, используемых в коммерческом банке 9 |
| Российский государственный торгово-экономический университет (гоу... Социальная геронтология: Учебная программа дисциплины / Сост. Т. В. Коробицина; сфу, 2009 | | Общая характеристика кубического нитрида бора Группа полупроводниковых соединений типа aiiibv на основе бора одна из наименее изученных среди полупроводниковых соединений с алмазоподобной... |
| Информационный бюллетень №13. (конкурсы, гранты, конференции) Сентябрь... Центрально-черноземный региональный информационный центр по научно-технологическому сотрудничеству с ес | | Информационный бюллетень №10. (конкурсы, гранты, конференции) Июнь... Центрально-черноземный региональный информационный центр по научно-технологическому сотрудничеству с ес |
| Информационный бюллетень №15 (конкурсы, гранты, конференции) Ноябрь 2006 Содержание: «Горящие» Центрально-черноземный региональный информационный центр научно-технологического сотрудничества с ес | | Информационный бюллетень №7. (конкурсы, гранты, конференции) Апрель... Центрально-черноземный региональный информационный центр по научно-технологическому сотрудничеству с ес |
| Информационный бюллетень №8. (конкурсы, гранты, конференции) Май 2006 Содержание: I. «Горящие» Центрально-черноземный региональный информационный центр по научно-технологическому сотрудничеству с ес | | Совершенствование традиционных форм обучения и использование новых... Цель урока: продолжить знакомство жанровыми признаками басни на примере басни «Ворона и Лисица» |
