14 нм процесс - 14 nm process
Изготовление полупроводниковых приборов |
---|
Масштабирование MOSFET ( технологические узлы ) |
14 нм процесс относится к МОП - транзистор узла технологии , которая является преемником 22 нм (или 20 нм) узла. 14 нм был так назван Международной технологической дорожной картой для полупроводников (ITRS). Примерно до 2011 года ожидалось , что узел, следующий за 22 нм, будет иметь размер 16 нм. Все 14- нм узлы используют технологию FinFET (fin field-effect transistor ), тип технологии многозатворных MOSFET, которая является неплоской эволюцией планарной кремниевой КМОП- технологии.
Samsung Electronics выпустила 14-нм чип в 2014 году, а в 2013 году начала производство чипов NAND «класса 10 нм ». В том же году SK Hynix начала массовое производство 16- нм флеш-памяти NAND , а TSMC начала производство 16- нм FinFET. В следующем году Intel начала поставлять потребителям устройства с масштабом 14 нм.
История
Фон
Основой для изготовления менее 20 нм является FinFET ( полевой транзистор Fin ), эволюция полевого МОП- транзистора. Технология FinFET была впервые использована Дигом Хисамото и его командой исследователей из Центральной исследовательской лаборатории Hitachi в 1989 году.
Разрешение 14 нм трудно достичь в полимерном резисте даже с помощью электронно-лучевой литографии . Кроме того, химические эффекты ионизирующего излучения также ограничивают надежное разрешение примерно до 30 нм , что также достижимо с использованием современной иммерсионной литографии . Требуются твердые маскирующие материалы и несколько рисунков .
Более существенное ограничение связано с плазменным повреждением материалов с низким k . Степень повреждения обычно составляет 20 нм, но может доходить и до 100 нм. Ожидается, что чувствительность к повреждению будет ухудшаться по мере того, как материалы с низким k станут более пористыми. Для сравнения: атомный радиус неограниченного кремния равен 0,11 нм. Таким образом, около 90 атомов Si будут перекрывать длину канала, что приведет к значительной утечке .
Примерно в 2010 году Tela Innovations и Sequoia Design Systems разработали методологию, допускающую двойную экспозицию для узла 16/14 нм. Samsung и Synopsys также начали внедрять двойное формирование рисунка в потоках проектирования 22 и 16 нм. Mentor Graphics сообщила о том, что в 2010 году выпустила тестовые чипы с длиной волны 16 нм. 17 января 2011 года IBM объявила, что они объединились с ARM для разработки технологии обработки чипов с длиной волны 14 нм.
18 февраля 2011 года Intel объявила, что построит в Аризоне новый завод по производству полупроводников стоимостью 5 миллиардов долларов , предназначенный для производства чипов с использованием 14-нм техпроцесса и передовых пластин диаметром 300 мм . Новое производственное предприятие должно было называться Fab 42, и строительство должно было начаться в середине 2011 года. Intel объявила новое предприятие «самым современным производственным предприятием с большими объемами производства в мире» и заявила, что оно будет запущено. line в 2013 году. С тех пор Intel решила отложить открытие этого предприятия и вместо этого модернизировать существующие объекты для поддержки 14-нм чипов. 17 мая 2011 года Intel объявила о планах развития на 2014 год, в которые были включены 14-нм транзисторы для своих линейок продуктов Xeon , Core и Atom .
Демонстрации технологий
В конце 1990 - х, японская команда Hisamoto от Hitachi ЦНИЛ начал сотрудничать с международной командой исследователей на дальнейшее развитие технологии FinFET, включая TSMC «s Chenming Hu и различные UC Berkeley исследователей. В 1998 году команда успешно производила устройства по 17- нм техпроцессу. Позже в 2001 году они разработали процесс FinFET с длиной волны 15 нм. В 2002 году международная группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли, включая Шибли Ахмеда (Бангладеш), Скотта Белла, Сайруса Табери (иранец), Джеффри Бокора, Дэвида Кайсера, Ченминга Ху ( Тайваньские полупроводники) Manufacturing Company ) и Tsu-Jae King Liu продемонстрировали устройства FinFET с длиной затвора до 10 нм .
В 2005 году Toshiba продемонстрировала 15-нм процесс FinFET с длиной затвора 15 нм и шириной ребра 10 нм с использованием процесса прокладки боковой стенки. Было высказано предположение, что для узла 16 нм логический транзистор будет иметь длину затвора около 5 нм. В декабре 2007 года Toshiba продемонстрировала прототип блока памяти, в котором использовались тонкие линии размером 15 нанометров.
В декабре 2009 года Национальная лаборатория наноустройств, принадлежащая правительству Тайваня, произвела чип SRAM 16 нм .
В сентябре 2011 года Hynix объявила о разработке 15-нм ячеек NAND.
В декабре 2012 года Samsung Electronics установила 14-нм чип.
В сентябре 2013 года Intel продемонстрировала ноутбук Ultrabook с 14-нм процессором Broadwell , и генеральный директор Intel Брайан Кржанич сказал: «[CPU] поступят в продажу к концу этого года». Однако отгрузка была отложена до четвертого квартала 2014 года.
В августе 2014 года Intel объявила подробности 14-нм микроархитектуры для своих будущих процессоров Core M , первого продукта, который будет производиться по 14-нм производственному процессу Intel. Согласно пресс-релизу, первые системы на базе процессора Core M должны были появиться в четвертом квартале 2014 года. «В 14-нанометровой технологии Intel используются трехзатворные транзисторы второго поколения, обеспечивающие лучшую в отрасли производительность, мощность, плотность и стоимость транзистора», - сказал Марк Бор, старший научный сотрудник Intel в группе технологий и производства и директор по архитектуре процессов и интеграции.
В 2018 году Intel объявила о нехватке 14-нм производственной мощности.
Транспортные устройства
В 2013 году SK Hynix начала массовое производство 16- нм флэш-памяти NAND , TSMC начала производство 16- нм FinFET , а Samsung начала производство флэш-памяти NAND класса 10 нм .
5 сентября 2014 года Intel выпустила первые три процессора на базе Broadwell, которые принадлежали к семейству Core M с низким TDP : Core M-5Y10, Core M-5Y10a и Core M-5Y70.
В феврале 2015 года Samsung объявила, что их флагманские смартфоны Galaxy S6 и S6 Edge будут оснащены 14-нм системами Exynos на кристалле (SoC).
9 марта 2015 года Apple Inc. выпустила MacBook и MacBook Pro «Early 2015» , в которых использовались 14-нм процессоры Intel. Следует отметить i7-5557U с Intel Iris Graphics 6100 и двумя ядрами, работающими на частоте 3,1 ГГц, потребляющими всего 28 Вт.
25 сентября 2015 года Apple Inc. выпустила iPhone 6S и iPhone 6S Plus, оснащенные микросхемами A9 «настольного класса» , изготовленными как с 14-нм техпроцессом, так и с 16-нм производством TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).
В мае 2016 года Nvidia выпустила свои графические процессоры серии GeForce 10 на базе архитектуры Pascal , которая включает в себя технологию FinFET TSMC 16 нм и технологию FinFET Samsung 14 нм.
В июне 2016 года AMD выпустила свои графические процессоры Radeon RX 400 на базе архитектуры Polaris , которая включает 14-нм технологию FinFET от Samsung. Лицензия на технологию была предоставлена GlobalFoundries для использования двойных поставщиков.
2 августа 2016 года Microsoft выпустила Xbox One S , в котором TSMC использовала 16 нм.
2 марта 2017 года AMD выпустила свои процессоры Ryzen на базе архитектуры Zen , включающей 14-нм технологию FinFET от Samsung, на создание которой GlobalFoundries получила лицензию GlobalFoundries.
Процессор NEC SX-Aurora TSUBASA , представленный в октябре 2017 года, использует процесс FinFET 16 нм от TSMC и предназначен для использования с суперкомпьютерами NEC SX .
22 июля 2018 года GlobalFoundries анонсировала процесс 12 нм Leading-Performance (12LP), основанный на лицензированном процессе 14LP от Samsung.
В сентябре 2018 года Nvidia выпустила графические процессоры на основе своей микроархитектуры Turing , которые были изготовлены по 12-нм техпроцессу TSMC и имеют плотность транзисторов 24,67 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр.
14 нм технологические узлы
Основные правила ITRS Logic Device (2015) |
Samsung | TSMC | Intel | GlobalFoundries | СМИК | |
---|---|---|---|---|---|---|
Имя процесса | 16/14 нм | 14 морских миль | 16/12 нм | 14 морских миль | 14 нм, 12 нм | 14 морских миль |
Плотность транзистора (MTr / мм²) | Неизвестный | 32,94 | 28,88 | 37,5 | 36,71 | ? |
Шаг затвора транзистора | 70 нм |
78 нм - 14LPP (HD) 84 нм - 14LPP (UHP) 84 нм - 14LPP (HP) |
78 нм - 14LPE (HD) 88 нм |
70 нм (14 нм +) 84 нм (14 нм ++) |
70 нм (14 нм) 84 | ? |
Шаг межсоединений | 56 нм | 67 нм | 70 нм | 52 нм | ? | ? |
Шаг ребра транзистора | 42 нм | 49 нм | 45 нм | 42 нм | 48 | ? |
Ширина ребра транзистора | 8 нм | 8 нм | Неизвестный | 8 нм | ? | ? |
Высота ребра транзистора | 42 нм | ~ 38 нм | 37 нм | 42 нм | ? | ? |
Производственный год | 2015 г. | 2013 | 2013 | 2014 г. | 2018 г. | 2019 г. |
Меньшие числа лучше, за исключением плотности транзисторов, в этом случае все наоборот. Шаг затвора транзистора также упоминается как CPP (контактный полифонический шаг), а шаг межсоединения также упоминается как MMP (минимальный металлический шаг).
использованная литература
Предыдущее на 22 нм |
Производственные процессы MOSFET | Успешно на 10 нм |