Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для общей длины и сравнения см. 10 нанометров .
Изготовление полупроводниковых
приборов
4-ФАХ-NAND-C10.JPG
Масштабирование MOSFET
( технологические узлы )
Будущее

В производстве полупроводников , то международная технология дорожная карта для полупроводников (СП) определяет 10  нм процесса , как МОП - транзистор узел технологии после 14 нм узла. « Класс 10 нм » означает чипы, изготовленные с использованием техпроцесса от 10 до 20 нм.

Все производственные процессы "10 нм" основаны на технологии FinFET ( FinFET field-effect transistor ), типе технологии MOSFET с несколькими затворами, которая представляет собой неплоское развитие планарной кремниевой КМОП- технологии. Компания Samsung впервые начала производство чипов класса 10 нм в 2013 году для своих микросхем флэш-памяти с многоуровневыми ячейками (MLC) , а затем в 2016 году последовали их SoC, использующие 10-нм техпроцесс. TSMC начала коммерческое производство чипов 10 нм в 2016 году Позже в 2018 году Intel начала производство 10- нм чипов. 

Однако с 2009 года «узел» стал коммерческим названием для маркетинговых целей [1], которое указывает на новые поколения технологических процессов, независимо от длины затвора, шага металла или шага затвора. [2] [3] [4] Например, Globalfoundries ' 7 нм процессы аналогичны нм процесса Intel, 10, таким образом , обычное понятие узла процесса становится размытым. [5] TSMC и 10-нм процессы Samsung находятся где-то между 14-нм и 10-нм процессами Intel по плотности транзисторов.. Плотность транзисторов (количество транзисторов на квадратный миллиметр) более важна, чем размер транзистора, поскольку меньшие транзисторы больше не обязательно означают улучшенную производительность или увеличение количества транзисторов.

Фон [ править ]

Американский инженер египетско-американского происхождения Мохамед Аталла и корейско-американский инженер Давон Канг ( первые изобретатели полевого МОП-транзистора в 1959 г.) [6] в 1962 г. продемонстрировали устройство, которое имеет металлический слой нанометрической толщины, расположенный между двумя полупроводниковыми слоями, причем металл образует база и полупроводники, образующие эмиттер и коллектор. Они наносили металлические слои (основание) поверх монокристаллических полупроводниковых подложек (коллектор), причем эмиттер был кристаллическим.полупроводниковая деталь с вершиной или тупым углом, прижатая к металлическому слою (точечный контакт). Благодаря низкому сопротивлению и короткому времени прохождения в тонкой металлической нанослойной основе, устройства были способны работать на высокой частоте по сравнению с биполярными транзисторами . Устройство, продемонстрированное Аталлой и Кангом, осаждало тонкие пленки золота (Au) толщиной 10 нм на германий n-типа (n-Ge), а точечный контакт представлял собой кремний n-типа (n-Si). [7]

В 1987 году ирано-американский инженер Биджан Давари возглавил исследовательскую группу IBM, которая продемонстрировала первый полевой МОП-транзистор с толщиной оксида затвора 10  нм с использованием технологии вольфрамового затвора. [8]

В 2002 году международная группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли , в которую входили Шибли Ахмед (Бангладеш), Скотт Белл, Сайрус Табери (иранец), Джеффри Бокор, Дэвид Кайзер, Ченмин Ху ( Тайваньская компания по производству полупроводников ) и Цу-Джэ Кинг Лю , продемонстрировал первый FinFET с  длиной затвора 10 нм. [9] [10]

Первоначальное название этого технологического узла ITRS было «11 нм». Согласно дорожной карте 2007 года, к 2022 году половинный шаг (т. Е. Половина расстояния между идентичными элементами в массиве) для DRAM должен составить 11  нм .

В 2008 году Пэт Гелсинджер , в то время занимавший должность директора по технологиям Intel, сказал, что Intel видит «чистый путь» к 10-нм узлам. [11] [12]

В 2011 году Samsung объявила о планах по внедрению 10-  нм техпроцесса в следующем году. [13] В 2012 году Samsung анонсировала микросхемы флэш-памяти eMMC , которые производятся по 10- нм техпроцессу. [14] 

На самом деле, «10 нм», как это обычно понимается в 2018 году, находится в массовом производстве только в Samsung . GlobalFoundries пропустила 10 нм, Intel еще не начала массовое производство 10 нм из-за проблем с доходностью, а TSMC сочла 10 нм недолговечным узлом [15], в основном предназначенным для процессоров Apple в течение 2017–2018 гг. , переходя на 7 нм в 2018 году.

Также необходимо проводить различие между 10 нм, реализуемым литейными заводами, и 10 нм, который продается компаниями DRAM.

История производства технологий [ править ]

В апреле 2013 года , компания Samsung объявила о том , что он начал массовое производство в многоуровневые ячейки (MLC) флэш - памяти чипов с использованием 10 -  нм техпроцессу-класса, который, по мнению Hardware Тома, Samsung , определенный как «узел где - то техпроцесса между 10- нм и 20 нм ». [16] 17 октября 2016 года Samsung Electronics объявила о массовом производстве чипов SoC на 10 нм. [17] Основная заявленная проблема технологии заключалась в создании тройного рисунка для металлического слоя. [18] [19]

TSMC начала коммерческое производство 10-нм чипов в начале 2016 года, прежде чем перейти к массовому производству в начале 2017 года [20].

21 апреля 2017 года Samsung начала поставки своего смартфона Galaxy S8, который использует версию 10-нм процессора компании. [21] 12 июня 2017 года Apple поставила планшеты iPad Pro второго поколения на базе чипов Apple A10X производства TSMC, использующих 10-нм техпроцесс FinFET. [22]

12 сентября 2017 года Apple анонсировала Apple A11 , 64-битную систему на базе ARM на чипе, изготовленную TSMC с использованием 10-нм процесса FinFET и содержащую 4,3 миллиарда транзисторов на кристалле площадью 87,66 мм 2 .

В апреле 2018 года Intel объявила о переносе массового производства 10-нм процессоров массового производства примерно на 2019 год. [23] В июле точное время было дополнительно привязано к праздничному сезону. [24] Тем временем, однако, они выпустили 10-нм мобильный чип с низким энергопотреблением, правда, эксклюзивный для китайского рынка и с большей частью отключенного чипа. [25]

В июне 2018 года на VLSI 2018 компания Samsung анонсировала свои процессы 11LPP и 8LPP. 11LPP - это гибрид, основанный на технологии Samsung 14 нм и 10 нм. 11LPP основан на их 10 нм BEOL, а не на их 20 нм BEOL, как их 14LPP. 8LPP основан на их процессе 10LPP. [26] [27]

Nvidia выпустила свои графические процессоры серии GeForce 30 в сентябре 2020 года. Они изготовлены по специальной версии 8-нм техпроцесса Samsung, называемой Samsung 8N, с плотностью транзисторов 44,56 миллиона транзисторов на мм². [28] [29]

10 нм технологические узлы [ править ]

Литейная [ править ]

Основные
правила ITRS Logic Device (2015)		SamsungTSMCIntel
Имя процесса16/14 нм11/10 нм10 нм11 нм8 нм10 нм10 нм [a]
Плотность транзистора (MTr / мм²)НеизвестныйНеизвестный51,82 [27]54,38 [27]61,18 [27]52,51 [31]100,8 [32] [b]
Шаг затвора транзистора (нм)704868?646654
Шаг межсоединения (нм)563651??44 год36
Шаг ребра транзистора (нм)423642?423634
Высота ребра транзистора (нм)424249??Неизвестный53
Производственный год2015 г.2017 г.2017 [27]2018 г.2018 г.2016 [c]
2017 [d]		2018 г.
  1. ^ Измерения процесса, использованного для Cannon Lake в 2018 году. Неясно, будут ли они такими же для следующего 10-нанометрового процесса Intel в 2019 году. [30]
  2. ^ Intel использует эту формулу: [33]
  3. ^ прием кассет [20]
  4. ^ отгрузка больших объемов [20]

Шаг затвора транзистора также упоминается как CPP (контактный полифонический шаг), а шаг межсоединения также упоминается как MMP (минимальный металлический шаг). Samsung сообщил о своем 10-нм процессе с шагом затвора транзистора 64 нм и шагом межсоединений 48 нм. TSMC сообщила, что их 10-нм процесс имеет шаг затвора транзистора 64 нм и шаг межсоединений 42 нм. Дальнейшее расследование, проведенное Tech Insights, показало, что эти значения неверны, и они были соответствующим образом обновлены. Кроме того, высота ребра транзистора 10-нм техпроцесса Samsung была обновлена ​​MSSCORPS CO на SEMICON Taiwan 2017. [34] [35] [36] [37] [38] GlobalFoundries решила не разрабатывать 10-нм узел, поскольку считала это будет недолгим. [39]8-нм техпроцесс Samsung - последний, кто использует исключительно литографию DUV. [40]

DRAM "10 нм класс" [ править ]

Основная статья: Динамическая память с произвольным доступом

В индустрии DRAM часто используется термин «класс 10 нм», и этот размер обычно относится к половинному шагу активной области. [ Требуется цитата ] Литейные структуры "10 нм" обычно намного больше. [ необходима цитата ]

Обычно класс 10 нм относится к DRAM с размером элемента 10-19 нм и был впервые представлен c. 2016. По состоянию на 2020 год существует три поколения DRAM класса 10 нм: 1xnm (19-17 нм, Gen1); 1 нм (16-14 нм, Gen2); и 1znm (13-11 нм, Gen3). [41] DRAM 3-го поколения «1z» впервые была представлена ​​в 2019 году компанией Samsung , и первоначально было заявлено, что она производится с использованием литографии ArF без использования литографии EUV; [42] [43] последующее производство действительно использовало литографию EUV. [44]

За пределами 1z Samsung называет свой следующий узел (класс 10 нм четвертого поколения) DRAM: «D1a» (на 2021 год), а за ним - D1b (ожидается в 2022 году); в то время как Micron относится к последующим «узлам» как «D1α» и «D1β». [45] Micron объявила о массовых поставках DRAM класса 1α в начале 2021 года. [46]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Нет больше нанометров - EEJournal" .
  2. ^ Шукла, Priyank. «Краткая история эволюции технологических узлов» . design-reuse.com . Проверено 9 июля 2019 .
  3. ^ Хруска, Джоэл. «14 нм, 7 нм, 5 нм: насколько низко может работать CMOS? Это зависит от того, спросите вы инженеров или экономистов…» . ExtremeTech .
  4. ^ «Эксклюзив: действительно ли Intel начинает терять лидерство в процессах? Выпуск 7-нм узла запланирован на 2022 год» . wccftech.com . 2016-09-10.
  5. ^ «Жизнь на 10 нм. (Или 7 нм?) И 3 нм - взгляды на передовые кремниевые платформы» . eejournal.com . 2018-03-12.
  6. ^ "1960: Металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор продемонстрирован" . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 31 августа 2019 года .
  7. Перейти ↑ Pasa, André Avelino (2010). «Глава 13: Металлический транзистор на основе нанослоя» . Справочник по нанофизике: наноэлектроника и нанофотоника . CRC Press . С. 13–1, 13–4. ISBN 9781420075519.
  8. ^ Давари, Биджан ; Тинг, Чунг-Ю; Ahn, Kie Y .; Basavaiah, S .; Ху, Чао-Кун; Таур, Юань; Wordeman, Matthew R .; Aboelfotoh, O .; Крусин-Эльбаум, Л .; Джоши, Раджив В .; Полкари, Майкл Р. (1987). «Субмикронный МОП-транзистор с вольфрамовым затвором и оксидом затвора 10 нм» . 1987 Симпозиум по технологии СБИС. Сборник технических статей : 61–62.
  9. ↑ Tsu ‐ Jae King, Лю (11 июня 2012 г.). «FinFET: история, основы и будущее» . Калифорнийский университет в Беркли . Краткий курс симпозиума по технологии СБИС . Дата обращения 9 июля 2019 .
  10. ^ Ахмед, Шибли; Белл, Скотт; Табери, Сайрус; Бокор, Джеффри; Кайсер, Дэвид; Ху, Ченмин; Лю, Цу-Джэ Кинг; Ю, Бин; Чанг, Лиланд (декабрь 2002 г.). «Масштабирование FinFET до длины затвора 10 нм» (PDF) . Дайджест. Международная конференция по электронным устройствам : 251–254. CiteSeerX 10.1.1.136.3757 . DOI : 10.1109 / IEDM.2002.1175825 . ISBN   0-7803-7462-2. S2CID  7106946 . Архивировано из оригинального (PDF) 27 мая 2020 года . Проверено 12 октября 2019 .
  11. ^ Damon Poeter (июль 2008). «Гелсингер Intel видит ясный путь к 10-нм чипам» . Архивировано 22 июня 2009 года . Проверено 20 июня 2009 .
  12. ^ «Массачусетский технологический институт: оптическая литография, хорошая до 12 нанометров» . Архивировано 22 июня 2009 года . Проверено 20 июня 2009 .
  13. ^ "Крупнейшее в мире производственное предприятие, Линия-16" . Самсунг . 26 сентября 2011 . Проверено 21 июня 2019 .
  14. ^ «Новые 10-нанометровые чипы мобильной флэш-памяти 64 ГБ от Samsung меньше, быстрее и лучше» . Engadget . 15 ноября 2012 . Проверено 21 июня 2019 .
  15. ^ "10нм развертывание" . Архивировано из оригинала на 2018-08-04 . Проверено 4 августа 2018 .
  16. ^ "Samsung массового производства 128 ГБ 3-битной флэш-памяти MLC NAND" . Оборудование Тома . 11 апреля 2013 г. Архивировано из оригинала 21 июня 2019 . Проверено 21 июня 2019 .
  17. ^ Samsung начинает первое в отрасли массовое производство системы на кристалле с 10-нанометровой технологией FinFET , октябрь 2016 г.
  18. ^ «Samsung начинает первое в отрасли массовое производство системы на кристалле с 10-нанометровой технологией FinFET» . news.samsung.com .
  19. ^ "Тройной узор для металла толщиной 10 нм" (PDF) .
  20. ^ a b c «Технология 10 нм» . TSMC . Проверено 30 июня 2019 .
  21. ^ "Купить" .
  22. ^ techinsights.com. «10-нм развертывание идет вперед» . techinsights.com . Архивировано из оригинала на 2017-08-03 . Проверено 30 июня 2017 .
  23. ^ «Корпорация Intel откладывает производство 10-нм чипов - массовое производство запланировано на 2019 год» . 2018-04-29 . Проверено 1 августа 2018 .
  24. ^ «Intel говорит, что не стоит ожидать массовых 10-нм чипов до 2H19» . 2018-07-28 . Проверено 1 августа 2018 .
  25. ^ "Первые 10-нм процессоры Intel приземляются в Китае" . 2018-05-15 . Проверено 11 сентября 2018 .
  26. ^ "VLSI 2018: 11-нм нодлет Samsung, 11LPP" . WikiChip Fuse . 2018-06-30 . Проверено 31 мая 2019 .
  27. ^ a b c d e "VLSI 2018: 8-нм 8LPP Samsung, 10-нм расширение" . WikiChip Fuse . 2018-07-01 . Проверено 31 мая 2019 .
  28. ^ «Nvidia подтверждает 8-нм техпроцесс Samsung для RTX 3090, RTX 3080 и RTX 3070 | PC Gamer» . www.pcgamer.com .
  29. ^ «NVIDIA GeForce RTX 30 Ampere GPU Deep-Dive, полные спецификации, тепловые характеристики, мощность и производительность» . 4 сентября 2020.
  30. ^ Демерджян, Чарли (2018-08-02). «Intel потратит 10 нм, чтобы выпустить его на рынок» . SemiAccurate . Проверено 29 сентября 2018 года .
  31. ^ Шор, Дэвид (2019-04-16). «TSMC объявляет о 6-нанометровом процессе» . WikiChip Fuse . Проверено 31 мая 2019 .
  32. ^ «Плотность Intel 10 нм в 2,7 раза выше, чем у его 14 нм узла» . HEXUS . Проверено 14 ноября 2018 .
  33. ^ Бор, Марк (2017-03-28). «Давайте проясним путаницу с именами узлов» . Отдел новостей Intel . Проверено 6 декабря 2018 .
  34. ^ «Intel подробно описывает усовершенствованный 10-нанометровый узел FinFET от Cannonlake, претендующий на полное преимущество перед конкурентами» . 2017-03-28. Архивировано из оригинала на 2017-03-30 . Проверено 30 марта 2017 .
  35. ^ «Международная технологическая дорожная карта для полупроводников 2.0, выпуск 2015 Исполнительный отчет» (PDF) . Проверено 27 декабря 2018 .
  36. ^ Джонс, Скоттен. «14 нм 16 нм 10 нм и 7 нм - что мы знаем сейчас» .
  37. ^ «Qualcomm Snapdragon 835 от первого до 10 нм» . Процесс Samsung 10LPE
  38. ^ "Процесс литографии 10 нм" . викичип .
  39. ^ Джонс, Скоттен. «Эксклюзив - GLOBALFOUNDRIES раскрывает детали 7-нанометрового процесса» .
  40. ↑ Шилов, Антон. «Технологический процесс Samsung 8LPP аттестован, готов к производству» . www.anandtech.com .
  41. ^ Меллор, Крис (13 апреля 2020 г.), «Почему DRAM застряла в 10-нм ловушке» , blocksandfiles.com
  42. ↑ Шилов, Антон (21 марта 2019 г.), «Samsung разрабатывает кристаллы DDR4 меньшего размера с использованием техпроцесса 10-нм класса 3-го поколения» , www.anandtech.com
  43. ^ Samsung разрабатывает первую в отрасли память DRAM класса 10 нм третьего поколения для приложений памяти премиум-класса (пресс-релиз), Samsung, 25 марта 2019 г.
  44. ↑ Samsung объявляет о выпуске первой в отрасли памяти EUV DRAM с поставкой первого миллиона модулей (пресс-релиз), Samsung, 25 марта 2020 г.
  45. ^ Чхве, Jeongdong (18 февраля 2021), "Teardown: Samsung, D1Z DRAM с EUV литография" , www.eetimes.com
  46. ↑ Micron представляет первую в отрасли технологию DRAM 1α (пресс-релиз), Micron, 26 января 2021 г.


Предшествующий
14 нм		 Производственные процессы MOSFETПреемник
7 нм