Proceso de 45 nm

Según la Hoja de Ruta Tecnológica Internacional para Semiconductores , el proceso de 45 nm es un nodo de tecnología MOSFET que hace referencia al paso medio promedio de una celda de memoria fabricada alrededor del período 2007-2008.

Matsushita e Intel comenzaron a producir chips de 45 nm en masa a finales de 2007, y AMD comenzó la producción de chips de 45 nm a finales de 2008, mientras que IBM , Infineon , Samsung y Chartered Semiconductor ya han completado una plataforma de proceso común de 45 nm. A finales de 2008, SMIC fue la primera empresa de semiconductores con sede en China en pasarse a los 45 nm, tras haber obtenido la licencia del proceso de 45 nm en masa de IBM. En 2008, TSMC pasó a un  proceso de 40 nm.

Muchos tamaños de características críticas son más pequeños que la longitud de onda de la luz utilizada para la litografía (es decir, 193 nm y 248 nm). Se utilizan diversas técnicas, como lentes más grandes, para crear características de sublongitud de onda. También se ha introducido el patrón doble para ayudar a reducir las distancias entre las características, especialmente si se utiliza la litografía en seco. Se espera que se creen patrones con una longitud de onda de 193 nm en más capas en el nodo de 45 nm. Se espera que continúe el movimiento de capas previamente sueltas (como Metal 4 y Metal 5) de 248 nm a 193 nm de longitud de onda, lo que probablemente aumentará aún más los costos, debido a las dificultades con las fotorresistencias de 193 nm .

Dieléctrico de alto κ

Los fabricantes de chips han expresado inicialmente sus preocupaciones sobre la introducción de nuevos materiales de alto κ en la pila de puertas, con el fin de reducir la densidad de corriente de fuga . Sin embargo, a partir de 2007, tanto IBM como Intel han anunciado que tienen soluciones de compuerta metálica y dieléctrica de alto κ, lo que Intel considera un cambio fundamental en el diseño de transistores . ^[1] NEC también ha puesto materiales de alto κ en producción.

Demostraciones de tecnología

• En 2004, TSMC presentó una celda SRAM de 45 nm y 0,296 micrómetros cuadrados . En 2008, TSMC pasó a un proceso de 40 nm. ^[2]
• En enero de 2006, Intel demostró una celda SRAM de 45 nm con un nodo de 0,346 micrómetros cuadrados .
• En abril de 2006, AMD demostró una celda SRAM de 45 nm y 0,370 micrómetros cuadrados.
• En junio de 2006, Texas Instruments presentó una celda SRAM de 45 nm y 0,24 micrómetros cuadrados, con la ayuda de la litografía de inmersión .
• En noviembre de 2006, UMC anunció que había desarrollado un chip SRAM de 45 nm con un tamaño de celda de menos de 0,25 micrómetros cuadrados utilizando litografía de inmersión y dieléctricos de bajo κ .
• En 2006, Samsung desarrolló un  proceso de 40 nm. ^[3]

Los sucesores de la tecnología de 45 nm son las tecnologías de 32 nm , 22 nm y luego 14 nm .

Introducción comercial

Matsushita Electric Industrial Co. inició la producción en masa de circuitos integrados de sistema en chip  (SoC) para equipos de consumo digitales basados ​​en tecnología de proceso de 45 nm en junio de 2007.

Intel lanzó su primer  procesador de 45 nm, la serie Xeon 5400, en noviembre de 2007.

En el Intel Developer Forum de abril de 2007 se dieron a conocer muchos detalles sobre Penryn . Su sucesor se llama Nehalem . Entre los avances importantes ^[4] se incluyen la incorporación de nuevas instrucciones (incluidas las SSE4 , también conocidas como Penryn New Instructions) y nuevos materiales de fabricación (el más importante, un dieléctrico basado en hafnio ). El proceso de 45 nm de Intel tiene una densidad de transistores de 3,33 millones de transistores por milímetro cuadrado (MTr/mm2). ^[5]

AMD lanzó sus procesadores Sempron II , Athlon II , Turion II y Phenom II (en orden generalmente creciente de rendimiento), así como los procesadores Shanghai Opteron que utilizan tecnología de proceso de 45  nm a finales de 2008.

La Xbox 360 S , lanzada en 2010, tiene un procesador Xenon fabricado en un proceso de 45 nm. ^[6]

El modelo PlayStation 3 Slim introdujo el Cell Broadband Engine en un proceso de 45 nm. ^[7]

Ejemplo: el proceso de 45 nm de Intel

En IEDM 2007, se revelaron más detalles técnicos del proceso de 45 nm de Intel. ^[8]

Como aquí no se utiliza la litografía por inmersión, la creación de patrones litográficos es más difícil. Por lo tanto, se utiliza explícitamente un método de creación de patrones dobles con corte de línea para este proceso de 45 nm. Además, se introduce por primera vez el uso de dieléctricos de alto dieléctrico κ para abordar problemas de fugas de compuerta. Para el nodo de 32 nm , Intel comenzará a utilizar la litografía por inmersión .

• Paso de compuerta de 160 nm (73 % de la generación de 65 nm)
• Paso de aislamiento de 200 nm (91 % de la generación de 65 nm), lo que indica una desaceleración del escalamiento de la distancia de aislamiento entre transistores
• Uso extensivo de metales de cobre ficticios y puertas ficticias ^[9]
• Longitud de puerta de 35 nm (igual que la generación de 65 nm)
• Espesor de óxido equivalente de 1 nm, con capa de transición de 0,7 nm
• Proceso de última compuerta utilizando polisilicio ficticio y compuerta de metal damasquinado
• Cuadrado de los extremos de la compuerta mediante un segundo revestimiento fotorresistente ^[10]
• 9 capas de óxido dopado con carbono y Cu se interconectan , siendo la última una capa gruesa de "redistribución"
• Contactos con forma más rectangular que circular para interconexiones locales
• Embalaje sin plomo
• Corriente de excitación del nFET: 1,36 mA/μm
• Corriente de accionamiento del pFET de 1,07 mA/μm, un 51 % más rápida que la generación de 65 nm, con mayor movilidad de huecos debido al aumento del 23 % al 30 % de Ge en los estresores SiGe integrados

En un estudio de ingeniería inversa de Chipworks de 2008, ^[11] se reveló que los contactos de trinchera se formaban como una capa de "Metal-0" en tungsteno que funcionaba como interconexión local. La mayoría de los contactos de trinchera eran líneas cortas orientadas en paralelo a las compuertas que cubrían la difusión, mientras que los contactos de las compuertas eran líneas aún más cortas orientadas en forma perpendicular a las compuertas.

Recientemente se reveló ^[12] que tanto los microprocesadores Nehalem como Atom utilizaban celdas SRAM que contenían ocho transistores en lugar de los seis convencionales, para adaptarse mejor al escalamiento de voltaje. Esto dio como resultado una pérdida de área de más del 30%.

Procesadores que utilizan tecnología de 45 nm

• Matsushita lanzó el Uniphier de 45 nm en 2007. ^[13]
• Procesadores Intel Wolfdale , Wolfdale-3M , Yorkfield , Yorkfield XE y Penryn vendidos bajo la marca Core 2 .
• Procesadores Intel Core i3, i5 e i7 de primera generación, como Clarksfield , Bloomfield y Lynnfield .
• Diamondville y Pineview son núcleos Intel con Hyper-Threading vendidos bajo la marca Intel Atom .
• Procesadores de cuatro núcleos AMD Thuban ( Penom II ), Callisto, Heka, Propus, Deneb, Zosma ( Penom II ) y Shanghai ( Opteron ), procesadores de doble núcleo Regor ( Athlon II ) [1], procesadores de doble núcleo móviles Caspian ( Turion II ).
• El procesador Xenon en el modelo Xbox 360 S.
• Sony/Toshiba Cell Broadband Engine en el modelo PlayStation 3 Slim – septiembre de 2009.
• Samsung S5PC110, también conocido como Hummingbird .
• Series OMAP 3 y 4 de Texas Instruments .
• IBM POWER7 y z196
• Serie Fujitsu SPARC64 VIIIfx
• La CPU IBM " Espresso " de Wii U.

Referencias

1. "IEEE Spectrum: The High-k Solution". Archivado desde el original el 26 de octubre de 2007. Consultado el 25 de octubre de 2007 .
2. "Tecnología de 40 nm". TSMC . Consultado el 30 de junio de 2019 .
3. "Historia". Samsung Electronics . Samsung . Consultado el 19 de junio de 2019 .
4. "Informe sobre las mejoras de la serie Penryn" (PDF) . Intel. Octubre de 2006.
5. "Análisis en profundidad del Cannon Lake de 10 nm y el Core i3-8121U de Intel".
6. "La nueva Xbox 360 se hace oficial a 299 dólares, se envía hoy, tiene un aspecto angular y siniestro (¡video de prueba!)". AOL Engadget. 14 de junio de 2010. Archivado desde el original el 17 de junio de 2010. Consultado el 11 de julio de 2010 ..
7. "Sony responde a nuestras preguntas sobre la nueva PlayStation 3". Ars Technica . 18 de agosto de 2009 . Consultado el 19 de agosto de 2009 ..
8. Mistry, K.; Allen, C.; Auth, C.; Beattie, B.; Bergstrom, D.; Bost, M.; Brazier, M.; Buehler, M.; Cappellani, A.; Chau, R.; Choi, C.-H.; Ding, G.; Fischer, K.; Ghani, T.; Grover, R.; Han, W.; Hanken, D.; Hattendorf, M.; He, J.; Hicks, J.; Huessner, R.; Ingerly, D.; Jain, P.; James, R.; Jong, L.; Joshi, S.; Kenyon, C.; Kuhn, K.; Lee, K.; Liu, H.; Maiz, J.; Mclntyre, B.; Moon, P.; Neirynck, J.; Pae, S.; Parker, C.; Parsons, D.; Prasad, C.; Pipes, L.; Prince, M.; Ranade, P.; Reynolds, T.; Sandford, J.; Shifren, L.; Sebastian, J.; Seiple, J.; Simon, D.; Sivakumar, S.; Smith, P.; Thomas, C.; Troeger, T.; Vandervoorn, P.; Williams, S. y Zawadzki, K. (diciembre de 2007). "Una tecnología lógica de 45 nm con transistores de compuerta de metal High-k+, silicio tensado, 9 capas de interconexión de Cu, patrón seco de 193 nm y empaquetado 100 % libre de plomo". Reunión internacional de dispositivos electrónicos IEEE de 2007. págs. 247–250. doi :10.1109/IEDM.2007.4418914. ISBN. 978-1-4244-1507-6.S2CID12392861  .​
9. Intel supera los límites de la litografía, parte II
10. "Proceso de 45 nm de Intel en IEDM". Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2008. Consultado el 2 de septiembre de 2008 .
11. "análisis". Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2008 . Consultado el 15 de marzo de 2008 .
12. SRAM 8T utilizada para Nehalem y Atom
13. "Panasonic comienza a vender un sistema UniPhier LSI de nueva generación". Panasonic . 10 de octubre de 2007 . Consultado el 2 de julio de 2019 .

Enlaces externos

• Panasonic inicia la producción en masa de SoC de generación de 45 nm
• El proceso de 45 nm de Intel está listo para funcionar
• ¿Intel pasará a los 45 nm antes de lo esperado?
• Los fabricantes de chips se preparan para los obstáculos de fabricación
• Celda SRAM de nodo Intel de 45 nm
• Una actualización de AMD
• Discusión en Slashdot sobre la denominación de procesos n nm
• Tecnología de 45 nm de Intel
• Proceso de 45 nm de Intel en IEDM