14 нм процесс относится к МОП - транзистор узла технологии , которая является преемником 22 нм (или 20 нм) узла. 14 нм была названа так в Международной дорожной карте технологий 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 MOSFET с несколькими затворами, которая представляет собой неплоское развитие планарной кремниевой КМОП- технологии.
Samsung Electronics выпустила 14-нм чип в 2014 году, а в 2013 году начала производство чипов NAND класса 10 нм . [ Требуется пояснение ] В том же году SK Hynix начала массовое производство 16- нм флеш-памяти NAND , а TSMC - 16- нм FinFET. производство. В следующем году Intel начала поставлять потребителям устройства с масштабом 14 нм.
История
Задний план
Основой для изготовления менее 20 нм является FinFET ( полевой транзистор Fin ), эволюция полевого МОП- транзистора. [1] Технология FinFET была впервые предложена Дай Хисамото и его командой исследователей из Центральной исследовательской лаборатории Hitachi в 1989 году. [2] [3]
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 [4], но также может доходить до 100 нм. [5] Ожидается, что чувствительность к повреждению ухудшится 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. [6] Samsung и Synopsys также начали внедрять двойное формирование рисунка в потоках проектирования 22 и 16 нм. [7] Mentor Graphics сообщила, что в 2010 году выпустила тестовые чипы с длиной волны 16 нм. [8] 17 января 2011 года IBM объявила, что они объединились с ARM для разработки технологии обработки чипов с длиной волны 14 нм. [9]
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 . [10] [11] Новое производственное предприятие должно было называться Fab 42, а строительство должно было начаться в середине 2011 года. Intel объявила новое предприятие «самым передовым производством с большими объемами производства в мире», и сказал, что он будет запущен в 2013 году. С тех пор Intel решила отложить открытие этого объекта и вместо этого модернизировать свои существующие объекты для поддержки 14-нм чипов. [12] 17 мая 2011 г. корпорация Intel объявила о планах развития на 2014 г., в которые были включены 14-нм транзисторы для их продуктовых линеек Xeon , Core и Atom . [13]
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. [1] 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 ( Taiwan Semiconductor Manufacturing Company ) и Tsu-Jae King Liu продемонстрировали устройства FinFET с длиной затвора до 10 нм . [1] [14]
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. [15] Было высказано предположение, что для узла 16 нм логический транзистор будет иметь длину затвора около 5 нм. [16] В декабре 2007 года компания Toshiba продемонстрировала прототип блока памяти, в котором использовались тонкие линии размером 15 нанометров. [17]
В декабре 2009 года Национальная лаборатория наноустройств, принадлежащая правительству Тайваня, произвела чип SRAM на 16 нм . [18]
В сентябре 2011 года Hynix объявила о разработке 15-нм ячеек NAND. [19]
В декабре 2012 года Samsung Electronics установила 14-нм чип. [20]
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». [21] Однако отгрузка была отложена до четвертого квартала 2014 года. [22]
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 4 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, технологическая и производственная группа, и директор по архитектуре процессов и интеграции. [23]
В 2018 году Intel объявила о нехватке 14-нм производственной мощности. [24]
Транспортные устройства
В 2013 году СК Hynix начала массовое производство 16 нм NAND Flash , [25] TSMC начала 16 - нм FinFET производство, [26] и Самсунг начал 10 нм класса NAND флэш производства. [27]
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. [28]
В феврале 2015 года Samsung объявила, что их флагманские смартфоны Galaxy S6 и S6 Edge будут оснащены 14-нм системами Exynos на кристалле (SoC). [29]
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. [30] [31]
25 сентября 2015 года Apple Inc. выпустила iPhone 6S и iPhone 6S Plus, которые оснащены микросхемами A9 «настольного класса» [32] , которые производятся как в 14 нм, так и в 16 нм TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Компания).
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. [33] [34]
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. [35]
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. [36]
Процессор NEC SX-Aurora TSUBASA , представленный в октябре 2017 года [37], использует процесс FinFET 16 нм от TSMC и предназначен для использования с суперкомпьютерами NEC SX . [38]
22 июля 2018 года GlobalFoundries анонсировала процесс 12 нм Leading-Performance (12LP), основанный на лицензированном процессе 14LP от Samsung. [39]
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. [40]
14 нм технологические узлы
Основные правила ITRS Logic Device (2015) | Samsung [а] | TSMC | Intel | GlobalFoundries [b] | СМИК | |
---|---|---|---|---|---|---|
Имя процесса | 16/14 нм | 14 нм | 16/12 нм | 14 нм | 14 нм, 12 нм [41] | 14 нм |
Плотность транзистора (MTr / мм²) | Неизвестный | 32,94 [39] | 28,88 [42] | 37,5 [43] [c] | 36,71 [39] | ? |
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 межсоединения | 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. |
- ^ Источник второй компании GlobalFoundries .
- ^ На основе14-нм техпроцесса Samsung .
- ^ Intel использует эту формулу: [44] #
Меньшие числа лучше, за исключением плотности транзисторов, в этом случае все наоборот. [45] Шаг затвора транзистора также упоминается как CPP (контактный полифонический шаг), а шаг межсоединения также упоминается как MMP (минимальный металлический шаг). [46] [47] [48] [49] [50]
[51]
Рекомендации
- ^ a b c Цу-Чжэ Кинг, Лю (11 июня 2012 г.). «FinFET: история, основы и будущее» . Калифорнийский университет в Беркли . Краткий курс симпозиума по технологии СБИС . Проверено 9 июля 2019 года .
- ^ «Получатели премии IEEE Эндрю С. Гроув» . Премия IEEE Эндрю С. Гроув . Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике . Проверено 4 июля 2019 года .
- ^ «Прорывное преимущество для ПЛИС с технологией Tri-Gate» (PDF) . Intel . 2014 . Проверено 4 июля 2019 года .
- ^ Ричард, O .; и другие. (2007). «Ущерб Боковина в основе диоксида кремния с низким K материала , вызванного различными структурирование плазменных процессов , изучаемых энергии отфильтрованной и аналитической сканирующей ТЭМ». Микроэлектронная инженерия . 84 (3): 517–523. DOI : 10.1016 / j.mee.2006.10.058 .
- ^ Брутто, Т .; и другие. (2008). «Обнаружение наноразмерного травления и повреждения золой нанопористого метилсильсесквиоксана с использованием электростатической силовой микроскопии». Микроэлектронная инженерия . 85 (2): 401–407. DOI : 10.1016 / j.mee.2007.07.014 .
- ^ Axelrad, V .; и другие. (2010). Ригер, Майкл Л; Тиле, Йорг (ред.). «16 нм с иммерсионной литографией 193 нм и двойной экспозицией». Proc. ШПИОН . Дизайн для технологичности через интеграцию дизайна и процесса IV. 7641 : 764109. Bibcode : 2010SPIE.7641E..09A . DOI : 10.1117 / 12.846677 . S2CID 56158128 .
- ^ Но, MS .; и другие. (2010). Дуса, Мирча V; Конли, Уилл (ред.). «Внедрение и проверка двойного паттерна в процессах проектирования изделий и паттернов от 22 до 16 нм». Proc. ШПИОН . Оптическая микролитография XXIII. 7640 : 76400S. Bibcode : 2010SPIE.7640E..0SN . DOI : 10.1117 / 12.848194 . S2CID 120545900 .
- ^ «Mentor продвигает инструменты в сторону 16-нанометрового диапазона» . EETimes. 23 августа 2010 г.
- ^ «IBM и ARM будут сотрудничать в области передовых полупроводниковых технологий для мобильной электроники» . Пресс-релиз IBM . 17 января 2011 г.
- ^ «Intel создаст фабрику для 14-нм чипов» . EE Times.
- ^ Обновление: Intel создаст фабрику для 14-нм чипов
- ^ «Intel откладывает передовой завод по производству микросхем в Аризоне» . Рейтер . 14 января 2014 г.
- ^ «Внедрение и проверка двойного паттерна в процессах конструирования продуктов и паттернов от 22 до 16 нм» . AnandTech . 17 мая 2011 г.
- ^ 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. DOI : 10.1109 / IEDM.2002.1175825 . ISBN 0-7803-7462-2. S2CID 7106946 . Архивировано из оригинального (PDF) 27 мая 2020 года . Проверено 10 декабря 2019 года .
- ^ Канеко, А; Ягашита, А; Yahashi, K; Кубота, Т; и другие. (2005). «Процесс переноса боковых стенок и технология формирования селективных разделителей боковой стенки затвора для FinFET толщиной менее 15 нм с повышенным удлинением истока / стока». IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2005) . С. 844–847. DOI : 10.1109 / IEDM.2005.1609488 .
- ^ «Ученые Intel нашли стену для закона Мура» . ZDNet. 1 декабря 2003 г.
- ^ «Протестировано 15 нанометров памяти» . Спрашивающий .
- ^ «Произведено 16 нм SRAM - Тайвань сегодня» . taiwantoday.tw. Архивировано из оригинального 20 марта 2016 года . Проверено 16 декабря 2009 года .
- ^ Хюблер, Арвед; и другие. (2011). "Печатные бумажные фотоэлектрические элементы". Современные энергетические материалы . 1 (6): 1018–1022. DOI : 10.1002 / aenm.201100394 .
- ^ «Samsung представляет свой первый тестовый 14-нм чип FinFET» . Engadget. 21 декабря 2012 г.
- ^ «Intel раскрывает 14-нм ПК и объявляет закон Мура« живым и здоровым » » . Реестр. 10 сентября 2013 г.
- ^ «Intel переносит выпуск Broadwell на 4К14» . Digitimes.com . Проверено 13 февраля 2014 года .
- ^ «Intel раскрывает технические подробности новейшей микроархитектуры и 14-нанометрового производственного процесса» . Intel. 11 августа 2014 г.
- ^ «Intel столкнулась с нехваткой 14-нм технологии по мере роста цен на процессоры - ExtremeTech» . www.extremetech.com .
- ^ «История: 2010-е» . SK Hynix . Проверено 8 июля 2019 года .
- ^ «Технология 16/12 нм» . TSMC . Проверено 30 июня 2019 года .
- ^ «Samsung массового производства 128 ГБ 3-битной флэш-памяти MLC NAND» . Оборудование Тома . 11 апреля 2013 г. Архивировано из оригинального 21 июня 2019 года . Проверено 21 июня 2019 года .
- ^ Швец, Энтони (7 сентября 2014 г.). «Intel выпускает первые процессоры Broadwell» . CPU World . Проверено 18 марта 2015 года .
- ^ «Samsung объявляет о массовом производстве первого в отрасли процессора для мобильных приложений с 14-нм технологией FinFET» . news.samsung.com .
- ^ "Apple MacBook Pro "Core i7" 3.1 13" Early 2015 стопами» . EveryMac.com . 2015 . Retrieved March 18, 2015 .
- ^ «Спецификации Intel Core i7-5557U» . CPU World . 2015 . Проверено 18 марта 2015 года .
- ^ Винсент, Джеймс (9 сентября 2015 г.). «Новые процессоры Apple A9 и A9X обещают« производительность класса настольных компьютеров » » . Грань . Проверено 27 августа 2017 года .
- ^ «Переговоры о партнерстве между NVIDIA и Samsung (14 нм) не увенчались успехом, и производитель графических процессоров решил вернуться к 16-нм техпроцессу TSMC» . Проверено 25 августа 2015 года .
- ^ «Samsung использует оптическое сжатие NVIDIA« Паскаль »до 14 нм» . Проверено 13 августа 2016 года .
- ^ Смит, Райан (28 июля 2016 г.). «AMD объявляет спецификации RX 470 и RX 460; доставка в начале августа» . Anandtech . Проверено 29 июля, 2016 .
- ^ «GlobalFoundries объявляет о проверке 14-нм технологии с кремнием AMD Zen» . ExtremeTech .
- ^ «NEC выпускает новую линейку высокопроизводительных высокопроизводительных вычислений, SX-Aurora TSUBASA» . NEC . Проверено 21 марта 2018 года .
- ^ Катресс, Ян (21 августа 2018 г.). «Горячие фишки 2018: Живой блог о векторных процессорах NEC» . AnandTech . Проверено 15 июля 2019 года .
- ^ а б в Щор, Дэвид (22 июля 2018 г.). «СБИС 2018: ведущая производительность GlobalFoundries, 12 нм, 12 LP» . WikiChip Fuse . Проверено 31 мая 2019 года .
- ^ https://wccftech.com/nvidia-geforce-rtx-30-series-ampere-graphics-cards-deep-dive/amp/
- ^ Щор, Дэвид (22 июля 2018 г.). «СБИС 2018: ведущая производительность GlobalFoundries, 12 нм, 12 LP» .
- ^ Щор, Дэвид (16 апреля 2019 г.). «TSMC объявляет о 6-нанометровом процессе» . WikiChip Fuse . Проверено 31 мая 2019 года .
- ^ «Intel теперь упаковывает 100 миллионов транзисторов на каждый квадратный миллиметр» . IEEE Spectrum: Новости технологий, инженерии и науки . Проверено 14 ноября 2018 года .
- ^ Бор, Марк (28 марта 2017 г.). «Давайте проясним путаницу с именами узлов» . Отдел новостей Intel . Проверено 6 декабря 2018 года .
- ^ «Ожидается, что нанотехнологии сделают транзисторы еще меньше, а чипы, соответственно, - более мощными » . Британская энциклопедия . 22 декабря 2017 года . Проверено 7 марта 2018 года .
- ^ «Технологический процесс Intel 14 нм» (PDF) .
- ^ "14-нм LPE FinFET-транзисторы Samsung" . Электроника EETimes . 20 января 2016 . Проверено 17 февраля 2017 года .
- ^ «Процесс литографии 14 нм - WikiChip» . en.wikichip.org . Проверено 17 февраля 2017 года .
- ^ «Процесс литографии 16 нм - WikiChip» . en.wikichip.org . Проверено 17 февраля 2017 года .
- ^ «Международная технологическая дорожная карта для полупроводников 2.0, издание 2015 г. Исполнительный отчет» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 октября 2016 года . Проверено 6 апреля 2017 года .
- ^ Шилов, Антон. «SMIC начинает массовое производство 14-нм чипов FinFET: первая в Китае линия FinFET» . www.anandtech.com . Архивировано 15 ноября 2019 года . Проверено 16 ноября 2019 года .
Предыдущее на 22 нм | Производственные процессы MOSFET | Преемник на 10 нм |