www.svethardware.cz
>
>
>
>
>
>

Výrobní technologie: 45 nm na dohled

Výrobní technologie: 45 nm na dohled
, , článek
Dnes se podíváme na novinky a trendy v oblasti výroby procesorů. Stranou nezůstanou ani vícejádrové procesory a vývoj na poli x86 procesorů, kde svádí bitvu největší rivalové AMD a Intel. Co nás čeká? 45 nm výrobní technologie je již "za rohem"
K oblíbeným
Kapitoly článku:
reklama
V dnešním článku se podíváme na novinky a trendy v oblasti výroby procesorů a jakým směrem se bude vývoj ubírat. Stranou nezůstanou ani vícejádrové procesory a vývoj na poli x86 procesorů, kde svádí bitvu největší rivalové AMD a Intel. Co nás čeká? 45 nm výrobní technologie je již "za rohem".

Integrace postupuje kupředu nezadržitelným tempem. I přes občasné problémy s novými materiály nebo novými technologiemi - zejména těch zprvu nekompatibilních se současnými výrobními procesy CMOS - se daří všechny překážky postupně úspěšně překonávat.

Pojďme se tedy podívat na jednotlivé oblasti výrobních technologií a co nám v budoucnosti prakticky přinesou. Začneme pohledem na vývoj v oblasti fotolitografie. Jsou to právě změny v oblasti DUV (Deep UltraViolet) a později přechod na EUV (Extreme UltraViolet) litografii, které umožňují další a další miniaturizaci, větší integraci a udržování platnosti Moorova zákona.


Trendy v oblasti fotolitografie

Fotolitografie je technika, při které se přes fotolitografické masky „vysvěcují“ a později odleptávají vzory a jednotlivé vrstvy tranzistorů budoucích procesorů. Protože klasická fotolitografie používá vlnovou délku, která je již dávno za hranicí velikosti tvořených struktur vzhledem k použité vlnové délce, bylo třeba najít další postupy, jak možnosti současné a osvědčené 193nm fotolitografie co nejvíce prodloužit. Jedním z postupů je imerzní (ponořená) fotolitografie.


Imerzní fotolitografie umožní dosáhnout na 32 nm metu, zdroj: ASML

S ohledem na imerzní DUV fotolitografii, označovanou také jako DUVi, se zatím počítá zejména s 193nm vlnovou délkou, která je již časem dokonale prověřená. Bylo také zvažováno použití vlnové délky 157 nm, ale to by přineslo jen dočasné řešení a řadu dalších problémů - pro použití imerzní fotolitografie je nutné vyvinout vhodný fotorezist, upravit soustavu čoček a najít vhodné médium (kde ovšem od přibližně 185 nm vlnové délky výrazně stoupá absorpční koeficient, a tím vzniká řada dalších problémů) - podmínkou komerčního nasazení je udržet stávající technologii výroby při životě co nejdéle. Změny jsou samozřejmě možné, ale vždy tu bude otázka, kdo bude schopen takové řešení zaplatit. Pro imerzní litografii kromě superčisté vody přijdou na řadu kapaliny s vysokým refrakčním indexem (indexem lomu), to pro maximální využití současných výrobních linek a postupů i s použitím 193 nm vlnové délky.


Možnosti imerzní fotolitografie v závislosti na použitém médiu a za použití techniky dvojité expozice, zdroj: Sematech

Stále více se ve fotolitografii nasazují techniky jako double exposure (metoda dvojité expozice waferu pro vytvoření jediné vrstvy), OPC u fotolitografických masek (úprava masek pro dokonalejší vysvěcené vzory), APSM využívající interference a změny fáze (lze s ní tvořit extrémně malá hradla) a další techniky. To samozřejmě fotolitografii a nově i imerzní fotolitografii může značně prodražit, ale jiné a cenově efektivnější řešení zatím neexistuje.


Trendy a požadavky v miniaturizaci IC, zdroj: ASML

Kombinace klasické fotolitografie, imerzní fotolitografie a technik jako double patterning musí vyplnit časový horizont, než bude možné přejít na EUV. Ačkoliv jsou pokroky v této oblasti značné, pro komerční nasazení je stále třeba provádět dodatečný výzkum a získávat další zkušenosti. Podle současných odhadů bude možné použít imerzní fotolitografii i pro výrobní technologii 32 nm - vše závisí na optice v zařízeních, použití vhodné kapaliny a fotoresistů, sloučenin použitých při odstraňování částí ozářeného waferu a zařízení pro fotolitografii. Tyto techniky jsou v současnosti s výhodou kombinovány u nejsložitějších a nejnáročnějších částí (jednotlivých vrstev) čipu.


Technika vícenásobné expozice - zde uvedené struktury jsou vytvořené pomocí dvou fotolitografických masek, zdroj: ASML/IMEC

V případě vícenásobného ozařování (použití je stále častější a výroba moderních čipů se bez těchto technik již prakticky neobejde), kde je použito více masek, samozřejmě roste doba výroby waferu a jeho cena s budoucími čipy a samozřejmě rostou i náklady na fotolitografické masky. Každá maska navíc znamená dodatečné náklady. Snaha je uplatnění těchto technik přirozeně minimalizovat, ale počet použitých fotolitografických masek se i přes to bude nadále zvyšovat.

Zvažovány jsou nicméně i techniky trojnásobné expozice, ale vzhledem k nutně vzniklým chybám v přesnosti (s každou maskou a další expozicí roste množství chyb) a k tomu, že opakování procesu nevede k zcela totožnému výsledku, přesouvá tyto techniky do roviny, kdy se trojnásobné „ozařování“ zatím nevyplatí. Výtěžnost procesu vzhledem k velikosti waferu mají často za následek, že ne zcela dokonalé škálování přinese sice větší čip, ale rychleji a s vyšší výtěžností.

Možné přidané benefity tak mohou snížit výtěžnost, respektive přinést větší výskyt vad na waferu – nepřesnosti, respektive počet chyb se s každým dalším ozářením přirozeně zvyšuje. Vždy se hledá nejefektivnější řešení, a proto nejmenší nutně neznamená nejlepší. Miniaturizace výrobní technologie samozřejmě předpokládá nasazení řady nových materiálů a i v této oblasti přijde s 45 nm řada novinek.


Nové materiály pro výrobu čipů

Jak již několikrát zaznělo, veškeré úpravy výrobních procesů směřují k použití nových materiálů při stávajících výrobních procesech. To je ostatně také důvod, proč je vývoj v této oblasti tak rychlý a vůbec možný. Díky cenové dostupnosti a postupnému vývoji čipů na bázi křemíku se mohou používat stávající postupy i v kombinaci s řadou nových materiálů.

V oblasti vývoje a výroby čipů jsou dnes nejčastěji skloňovány následující technologie. High-k, Low-k a Copper-Interconnects (měděnné mezispoje) a pro výrobu tranzistorů je tu samozřejmě řada materiálů a technik, které vývojem tranzistorů již prošly a dnes se s úspěchem používají.


High-k založená na použití Hafnia

High-k materiály nahradí již po desetiletí používaný SiO2. High-k dielektrikum snižuje úniky proudu a zvyšuje výkon tranzistorů. Pro High-k budou podle všeho použity materiály na bázi Hafnia, jako například oxid hafničitý HfO2 nebo dusíkem dopovaný hafnon HfSiON.

Dalším zlepšením budou vícehradlé tranzistory, které v kombinaci s High-k použije Intel již s 45 nm výrobní technologií. AMD se alespoň z počátku bude soustředit na osvědčenou technologii SOI a další vylepšení přijdou zřejmě až s další revizí výrobního procesu nebo s přechodem na 32 nm. Termín pro uvedení 45 nm je nastaven poměrně agresivně a AMD se bude snažit náskok Intelu stahovat. Jak se ale ukázalo s přechodem ze 130 a později 90 a 65 nm, rozdíly jsou spíše v možné rovině zisků a možném výstupu čipů, případně v marketingové rovině. Mimochodem, trh s wafery pro rok a odvětví zaznamenal nárůst okolo 20% a tento trend jistě nepoleví, pouze se bude více diverzifikovat rozložení vzhledem ke konkrétním požadavkům trhu. O úspěchu či neúspěchu rozhoduje zejména použitá architektura. Samotný produkt pouze na výrobní technologii nestojí.
reklama
Nejnovější články
NASA pátrá po zbytcích Beresheet, přežít mohlo laserové "zrcátko" NASA pátrá po zbytcích Beresheet, přežít mohlo laserové "zrcátko"
Beresheet narazil do Měsíce rychlostí, že neměl šanci přežít v celku, ovšem NASA předpokládá, že zařízení Lunar Retroreflector Array (LRA) přežít mohlo. Jeho úkolem je odrážet laserové paprsky a přesně tak se jej NASA pokusí najít.
19.4.2019, aktualita, Jan Vítek
Sega Mega Drive Mini jsou k předobjednání Sega Mega Drive Mini jsou k předobjednání
Nedávno byly představeny nové mini-retro konzole Sega Mega Drive Mini, které mají dorazit na trh během letošního září. Sega přitom změnila vývojářský tým, který na nich pracuje a slíbila další hry nad rámec těch původně slíbených. 
19.4.2019, aktualita, Jan Vítek
NASA konečně detekovala nejstarší typ molekul vesmíru NASA konečně detekovala nejstarší typ molekul vesmíru
Už dlouho se předpokládá, že pravděpodobně nejstarší typ molekul ve vesmíru byla HeH, čili prostý dvouprvkový hydrid helia. Je to celkem logické uvažování, když helium a vodík jsou nejstarší prvky. Až nyní to ale máme potvrzeno pozorováním.
19.4.2019, aktualita, Jan Vítek
Jiří Olšanský 'Rik_Leah': co to znamená být streamer? Jiří Olšanský 'Rik_Leah': co to znamená být streamer?
YouTube je sice coby platforma pro upload videí nadále velmi populární, ale v případě pravidelného streamování (živého vysílání i několik hodin v kuse) se těší větší oblibě Twitch.tv. Přinášíme vám tak rozhovor s někým, kdo se tomu už delší dobu věnuje.
19.4.2019, rozhovor, Karel Polívka
Video: Kolik robotů SpotMini od Boston Dynamics utáhne náklaďák? Video: Kolik robotů SpotMini od Boston Dynamics utáhne náklaďák?
Společnost Boston Dynamics, která je známá svými pokročilými roboty, zveřejnila na YouTube krátké video, ve němž předvádí další kousky, které jsou její stroje schopné vykonat. Tentokrát se zaměřila na celou smečku robotů SpotMini. 
18.4.2019, aktualita, Kateřina Hoferková