Новые технологии полупроводникового производства

В начале года корпорация Intel (http://www.intel.com) объявила о том, что стала первой в мире компанией, достигшей важного этапа в развитии 45-нм технологии производства интегральных микросхем. Intel создала первую в мире полностью работоспособную микросхему статической памяти (SRAM, Static Random Access Memory), изготовленную по данной новейшей технологии массового производства полупроводниковых компонентов. Этот результат подтверждает планы корпорации начать производство микросхем по 45-нм производственной технологии с использованием 300-мм подложек в 2007 г., а также ее намерение поддерживать закон Мура, внедряя производственные процессы новых поколений каждые два года.

Сегодня Intel лидирует в отрасли по массовому выпуску полупроводниковых компонентов с использованием 65-нм производственной технологии. Две фабрики в США (в штатах Аризона и Орегон) уже работают по этой технологии, еще две фабрики — в Ирландии и штате Орегон — вступят в строй в этом году. 45-нм производственная технология позволит Intel выпускать микросхемы, ток утечки в которых снижен более чем в пять раз по сравнению с выпускающимися сейчас микросхемами. Это, в свою очередь, увеличит время автономной работы мобильных устройств, а также откроет новые возможности для создания компактных платформ с расширенной функциональностью.

Микросхема статической памяти, изготовленная по 45-нм производственной технологии, содержит более 1 млрд транзисторов. Несмотря на то что устройство не относится к конечной продукции, оно демонстрирует эффективность технологии, работоспособность процесса и надежность микросхем в преддверии выпуска процессоров и других интегральных микросхем по технологии 45 нм. Это первый и очень важный шаг в направлении организации массового производства самых сложных электронных устройств в мире.

Ранее корпорация Intel объявила о том, что, кроме фабрики D1D в штате Орегон, где были проведены начальные работы по развертыванию 45-нм производственного процесса, строятся еще две фабрики по массовому производству микросхем по данной технологии: Fab 32 в штате Аризона и Fab 28 в Израиле.

Для того чтобы конкурировать с Intel, корпорации AMD (http://www.amd.com) и IBM (http://www.ibm.com) объединили свои ресурсы. Так, в начале года они дополнили совместно разрабатываемые технологические процессы производства микросхем с нормой проектирования 65 нм двумя новыми разновидностями так называемого напряженного кремния (strained silicon). Это должно увеличить производительность и сократить уровень энергопотребления будущих процессоров. Как сообщил один из ведущих инженеров корпорации IBM, партнеры разрабатывают технологию производства микросхем с нормой проектирования 65 нм на фабрике IBM по производству подложек. Заметим, что Intel в своем производственном процессе также использует технологию напряженного кремния.

Многие годы компании создавали более быстрые транзисторы за счет того, что примерно каждые два года просто уменьшали их размеры (процесс называется масштабированием). Однако сейчас транзисторы стали настолько малы, что необходимы другие методы, помимо масштабирования, чтобы добиться увеличения скорости их работы в те сроки, на которые рассчитывают производители аппаратного обеспечения и пользователи. В частности, для этого используется напряженный кремний. Оказывается, внедрение некоторых материалов в кремниевую подложку, из которой производятся транзисторы, заставляет атомы кремния отдаляться или приближаться друг к другу. IBM и AMD в прошлом году представили технологию Dual Stress Liner (DSL), которая позволяет реализовать в одном кристалле оба типа напряжения.

На основе методики DSL компании разработали два новых метода изготовления напряженных транзисторов для увеличения производительности процессоров с нормой проектирования 65 нм. Первый метод, получивший название технологии «запоминания напряженного состояния» — SMT (Stress Memorization Technology), предполагает наложение на транзистор тонкой пленки из нитрида кремния (для создания «отрицательных» транзисторов), вызывающей перемещение атомов, а затем удаление этой пленки. Атомы «запоминают» свое положение и после того, как пленка удалена, остаются на месте — отсюда и название.

Второй метод предусматривает добавление кремний-германия (SiGe), который, по существу, выращивается рядом с вентилем транзистора, сжимая этот канал. В результате формируется «положительный» транзистор. Кремний-германий, по распространенному мнению, сложен для использования в массовом производстве микросхем, но, как отмечают исследователи, за время своего сотрудничества компании постепенно освоили этот материал.

Метод DSL предусматривает (после применения первых двух методов) наложение нового слоя компрессионной пленки нитрида кремния на микросхему и удаление ее только с негативных транзисторов, а затем наложение растягивающей пленки на всю микросхему и удаление ее только с позитивных транзисторов. По сравнению с микросхемами AMD последнего поколения микросхемы с нормой проектирования 65 нм, при изготовлении которых применяются указанные методы, имеют производительность на 20% больше. AMD и IBM по-прежнему будут использовать подложки из кремния на изоляторе SOI (Silicon On Insulator) для производства своих микросхем с нормой проектирования 65 нм. Подложки SOI имеют изолирующий слой из оксида кремния, наложенного до того, как создаются транзисторы, что противодействует утечке тока.

AMD планирует начать производство микросхем с нормой проектирования 65 нм с помощью всех перечисленных методов напряжения во второй половине 2006 г. на своей новой фабрике Fab 36 в Дрездене (Германия). AMD и IBM уже несколько лет сотрудничают в создании передовых технологий производства микросхем и недавно продлили свое соглашение до 2011 г. К этому сроку компании планируют разработать поколение микросхем с нормой проектирования 22 нм.