英特爾半導(dǎo)體工藝取得重大突破，驗證摩爾定律下一個十年繼續(xù)生效
[導(dǎo)讀]2007年初，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的天空彌漫著重重的烏云，先是有NXP半導(dǎo)體宣布將退出由ST、飛思卡爾和NXP組成的Crolles 2聯(lián)盟，這一聯(lián)盟正在開發(fā)45納米的工藝，而NXP的退出有可能導(dǎo)致該聯(lián)盟的瓦解；后又有半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)始公司
2007年初，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的天空彌漫著重重的烏云，先是有NXP半導(dǎo)體宣布將退出由ST、飛思卡爾和NXP組成的Crolles 2聯(lián)盟，這一聯(lián)盟正在開發(fā)45納米的工藝，而NXP的退出有可能導(dǎo)致該聯(lián)盟的瓦解；后又有半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)始公司、全球第三大半導(dǎo)體廠商德州儀器表示將與代工合作伙伴一起開發(fā)先進的數(shù)字工藝，而不再單獨開發(fā)先進的數(shù)字工藝。這些事件無疑令業(yè)界感到摩爾定律是不是走不下去了？人們還愿不愿意再為之花銷巨大的精力與財力來跟隨？
但是稍后不久，也即2007年1月底英特爾再次向全世界認證了摩爾定律的正確性。它向全球發(fā)布了即將于2007年下半年量產(chǎn)15款45納米微處理器的消息，這些處理器是英特爾下一代英特爾酷睿2和至強系列處理器中Penryn系列的一部分。并且英特爾還現(xiàn)場展示了五款采用45納米處理器的終端Demo：包括一臺采用VISTA操作系統(tǒng)的雙核筆記本電腦，其上演示了基于Microsoft Office 2003的應(yīng)用；一臺主頻為2.13G的雙核臺式機，其上演示了1080p的視頻應(yīng)用；一臺主頻為1.86G的四核臺式機，其上演示的是Ubisoft Rainbow Six Las Vegas游戲；一臺主頻為2.13G的雙路雙核服務(wù)器，上面演示Glaze Workstation應(yīng)用；一臺主頻為2.13G的雙路四核視頻服務(wù)器，上面演示了對Adobe Premier的視頻編碼。而最重要的是，這些45納米的處理器上采用了英特爾具有重大突破的兩項半導(dǎo)體技術(shù)：全新高-k柵介質(zhì)和金屬柵極材料?！巴ㄟ^用高-k柵介質(zhì)代替二氧化硅，同時用金屬柵極材料代替多晶硅，英特爾首次將這兩項技術(shù)同時用在45納米的處理器中，是業(yè)界的一個重要突破，它的重要意義在于為更深亞微米的工藝技術(shù)輔平了道路，可以保證摩爾定律至少再延續(xù)10年?！庇⑻貭栙Y深技術(shù)專家趙軍表示。
摩爾定律創(chuàng)始人Gordon Moore更是指出：“采用高-k柵介質(zhì)和金屬柵極材料，是自上世紀60年代晚期推出MOS晶體管以來，晶體管技術(shù)領(lǐng)域里最重大的突破?！壁w軍解釋道：“隨著越來越多的晶體管被集成到一個硅晶片上，業(yè)界一直在研究電流泄露問題的解決方案，晶體管是處理數(shù)字世界0、1組合的微型開關(guān)。柵用來打開或閉合晶體管，而柵介質(zhì)是用來將柵從電流通道隔離出來的絕緣體底層。金屬柵極和高-k柵介質(zhì)的組合使晶體管漏電量非常低，性能大為提升?！?BR>
按照摩爾定律，英特爾將于2009年推出32納米處理器，而在2011年推出22納米的處理器。雖然已受到眾多的猜疑，但英特爾仍扛著摩稱定律的大旗一路前行?！拔覀冊?5納米工藝上至少領(lǐng)先競爭對手一年的時間?！壁w軍稱。據(jù)悉英特爾俄勒岡的D1D和亞利桑那的Fab32兩個300mm晶園廠將于07年下半年開始生產(chǎn)45納米處理器，而另一個300mm晶園廠以色列的Fab28廠將于2008年上半年開始45納米處理器的量產(chǎn)。
雖然英特爾一路領(lǐng)先，其它公司跟在后面已開始明顯吃力，但他們?nèi)詻]有放棄。與英特爾對立的另一陣營包括IBM、AMD、索尼以及東芝也在07年1月底宣布他們已取得高-k柵介質(zhì)和金屬柵極材料的巨大進步，且稱采用這些技術(shù)的45納米產(chǎn)品將會于2008年推出；還有前面談到的ST、飛思卡爾和NXP組成的Crolles 2聯(lián)盟原計劃也是將于07年底推出45納米的處理器，但是現(xiàn)在NXP的退出不知是否使其原計劃如期完成。此外，正在進行45納米工藝研發(fā)的還有TI與臺積電組成的陣營。“TI與臺積電組成的陣營與我們的研發(fā)方向不一樣，他們主要是針對通用器件的45納米工藝開發(fā)，我們主要針對CPU?！壁w軍解釋。
45納米帶來的優(yōu)勢
在英特爾45納米工藝技術(shù)中，高-k柵介質(zhì)與金屬柵極的組合，使驅(qū)動電流或晶體管性能提高了20%以上。同時，使源極-漏極漏電降低了5倍以上，大幅提高了晶體管的效率。
英特爾公司的45納米工藝技術(shù)也使晶體管密度比上一代工藝提高了大約兩倍，使英特爾能夠增加總體晶體管的數(shù)量或縮小處理器的大小。由于45納米晶體管遠小于上一代晶體管，因此，晶體管開關(guān)所需能量也大為減少，使主動切換耗電大約降低了30%。英特爾在45納米接頭中將采用低-k電介質(zhì)的銅線，也是為了提高性能、降低功耗。同時，英特爾也將采用創(chuàng)新的設(shè)計規(guī)則和先進的掩模技術(shù)，拓展193納米干式光刻技術(shù)的應(yīng)用來制造其45納米處理器，這主要得益于其成本優(yōu)勢和較高的可加工能力。
摩爾定律創(chuàng)始人Gordon Moore更是指出：“采用高-k柵介質(zhì)和金屬柵極材料，是自上世紀60年代晚期推出MOS晶體管以來，晶體管技術(shù)領(lǐng)域里最重大的突破?！壁w軍解釋道：“隨著越來越多的晶體管被集成到一個硅晶片上，業(yè)界一直在研究電流泄露問題的解決方案，晶體管是處理數(shù)字世界0、1組合的微型開關(guān)。柵用來打開或閉合晶體管，而柵介質(zhì)是用來將柵從電流通道隔離出來的絕緣體底層。金屬柵極和高-k柵介質(zhì)的組合使晶體管漏電量非常低，性能大為提升?！?BR>
按照摩爾定律，英特爾將于2009年推出32納米處理器，而在2011年推出22納米的處理器。雖然已受到眾多的猜疑，但英特爾仍扛著摩稱定律的大旗一路前行?！拔覀冊?5納米工藝上至少領(lǐng)先競爭對手一年的時間?！壁w軍稱。據(jù)悉英特爾俄勒岡的D1D和亞利桑那的Fab32兩個300mm晶園廠將于07年下半年開始生產(chǎn)45納米處理器，而另一個300mm晶園廠以色列的Fab28廠將于2008年上半年開始45納米處理器的量產(chǎn)。
雖然英特爾一路領(lǐng)先，其它公司跟在后面已開始明顯吃力，但他們?nèi)詻]有放棄。與英特爾對立的另一陣營包括IBM、AMD、索尼以及東芝也在07年1月底宣布他們已取得高-k柵介質(zhì)和金屬柵極材料的巨大進步，且稱采用這些技術(shù)的45納米產(chǎn)品將會于2008年推出；還有前面談到的ST、飛思卡爾和NXP組成的Crolles 2聯(lián)盟原計劃也是將于07年底推出45納米的處理器，但是現(xiàn)在NXP的退出不知是否使其原計劃如期完成。此外，正在進行45納米工藝研發(fā)的還有TI與臺積電組成的陣營。“TI與臺積電組成的陣營與我們的研發(fā)方向不一樣，他們主要是針對通用器件的45納米工藝開發(fā)，我們主要針對CPU?！壁w軍解釋。
45納米帶來的優(yōu)勢
在英特爾45納米工藝技術(shù)中，高-k柵介質(zhì)與金屬柵極的組合，使驅(qū)動電流或晶體管性能提高了20%以上。同時，使源極-漏極漏電降低了5倍以上，大幅提高了晶體管的效率。
英特爾公司的45納米工藝技術(shù)也使晶體管密度比上一代工藝提高了大約兩倍，使英特爾能夠增加總體晶體管的數(shù)量或縮小處理器的大小。由于45納米晶體管遠小于上一代晶體管，因此，晶體管開關(guān)所需能量也大為減少，使主動切換耗電大約降低了30%。英特爾在45納米接頭中將采用低-k電介質(zhì)的銅線，也是為了提高性能、降低功耗。同時，英特爾也將采用創(chuàng)新的設(shè)計規(guī)則和先進的掩模技術(shù)，拓展193納米干式光刻技術(shù)的應(yīng)用來制造其45納米處理器，這主要得益于其成本優(yōu)勢和較高的可加工能力。
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