Первый чип по технологии 65 нм - от Intel

Новинка от Intel: полнофункциональная статическая память (SRAM) объемом 4 Мбит с компактной шеститранзисторной ячейкой площадью лишь 0,57 квадратных микрон (или 0,1 кв. микрон на один транзистор).

Прошло всего каких-то несколько дней с тех пор, как Intel объявила о своем эпохальном (по оценкам некоторых экспертов) прорыве в области технологии производства микросхем (см. нашу статью www.terralab.ru/system/30717), как 24 ноября поздним промозглым вечером по московскому времени (и солнечным утром по калифорнийскому ☺) корпорация сообщила еще одну удивительную новость из той же области — изготовлена первая в мире микросхема с использованием техпроцесса 65 нм. Ею оказалась полнофункциональная статическая память (SRAM) объемом 4 Мбит с уникально компактной шеститранзисторной ячейкой площадью лишь 0,57 квадратных микрон (или 0,1 кв. микрон на один транзистор).

Произошло это спустя всего 20 месяцев с момента появления первых 90-нанометровых чипов SRAM с площадью ячейки 1 кв. микрон (см. фото http://img.terralab.ru/pubimages/73334.gif). То есть Intel уверенно следует своему же графику последних лет, когда увеличение вдвое плотности упаковки транзисторов на кристалле происходит в среднем за два года (до начала девяностых годов прошлого века это происходило в среднем за три года).

С новой плотностью упаковки 65-наномтеровой технологии становится возможным разместить до 10 миллионов транзисторов на одном квадратном миллиметре, то есть 2-мегабайтный кэш процессора, например, (а это более 100 миллионов транзисторов!) теоретически сможет занимать на кристалле всего 10 кв. миллиметров (реально, видимо, раза в два больше). Заметим, что для нынешнего Pentium 4 Extreme Edition, изготавливаемого по 0,13-микронной технологии, эта площадь примерно в десять раз больше, а для грядущего скоро 90-нанометрового Pentium M на ядре Dothan двухмегабайтный кэш «съедает» около 50 кв. мм.

Таким образом, техпроцесс 65 нм с именем P1264 (см. таблицу), первые серийные процессоры на котором (видимо, на ядре Tejas) должны появиться в 2005 году, уже обрел свое воплощение в «железе». Как мы знаем (см. www.terralab.ru/system/30717), этот техпроцесс, так же, как и его предшественник — 90-нанометровый P1262 — будет использовать технологию напряженного кремния, 300-миллиметровые пластины, прежний диоксид кремния в качестве подзатворного диэлектрика (правда, его толщина уменьшится с 1,2 нм для P1262 до 0,8 нм для P1264, см. фото),

а также медные межсоединения с использованием low-k-диэлектрика и уже 8 слоев межсоединений вместо текущих семи (www.terralab.ru/system/30717). Последнее обеспечивает дополнительную гибкость при разработке и компоновке транзисторов на кристалле, позволяет повысить как плотность упаковки элементов, так и быстродействие микросхемы (за счет уменьшения паразитных емкостей и укорочения путей электрических сигналов). Длина канала транзисторов, изготовленных по процессу 65 нм, равна всего 30-35 нанометрам.

Кроме компактности новая ячейка памяти обладает улучшенными статическими электрическими характеристиками (меньшими шумами, см. график ниже), не ухудшающимися при снижении напряжения питания, что позволяет такой памяти работать более надежно в широких условиях эксплуатации. О конкретных характеристиках быстродействия такой ячейки сотрудники корпорации пока скромно умалчивают.

Интересно, что для перехода на 65 нанометров почти не потребовалось менять технологическое оборудование — реализовать этот более тонкий техпроцесс оказалось возможным, используя ту же самую ультрафиолетовую фотолитографию с длиной волны излучений 193 нм, которая сейчас используется для серийного производства 90-нанометровых кристаллов и появилась впервые именно для техпроцесса 90 нм (до этого для производства 0,18- и 0,13-микронных кристаллов использовалась литография с длиной волны только 248 нм).

Как сказал по этому поводу Марк Бор, старший почетный сотрудник и директор по технологической архитектуре и интеграции Intel, данную длину волны (193 нм) корпорация будет использовать и для будущего техпроцесса 45 нм (где будут применяться уже новые материалы для транзисторов, см. статью на www.terralab.ru/system/30717) — ему пока соответствует «пустое место» на этом графике в районе 2007 года. Тогда как для освоения техпроцесса 32 нм (P1268) к 2009 году будет использована уже совершенно новая литография EUV (Extreme UltraViolet) с длиной волны всего 13 нм, маски для которой сотрудники Intel уже демонстрировали в начале этого года, см., например, обзор будущих технологий нанолитографии в статье www.terralab.ru/system/24500.

При разработке техпроцесса 65 нм (заметим, что длина волны при литографии втрое больше получаемого в конечном итоге размера на пластине) ключевую роль сыграла технология усовершенствованных литографических масок. На этом рисунке схематично показан способ формирования на поверхности пластины рисунка с размерами, меньшими длины волны излучения.

Однако не все так просто — здесь требуется, во-первых, применение масок с оптической коррекцией создаваемого рисунка (OPC или Optical Proximity Correction), где сложная форма рисунка маски используется для исправления последствий естественной дифракции света на краях (наиболее наглядно это поясняется на иллюстрации ниже).

А во-вторых, необходимо применение фазосдвигающих масок (см. рисунок ниже). Последние позволяют даже создавать линии толщиной менее 40 нм при помощи 193-нанометрового излучения.

Сам 65-нанометровый техпроцесс и первые микросхемы с его помощью были разработаны и изготовлены на опытной фабрике Intel в Хиллсборо (штат Орегон) — D1D (см. также «снимок с русского спутника» на www.terralab.ru/system/29227). Этот самый современный на сегодня завод корпорации обладает самой большой среди производств Intel единой «чистой комнатой» площадью более 16 тыс. кв. метров.

В общем, все эти достижения корпорации, безусловно, не только двигают вперед всю индустрию, но и повышают имидж Intel как технологического лидера, если бы не одно «но» — покупатели уже заждались обещанных еще осенью этого года 90-нанометровых процессоров Dothan и Prescott.

Не исключено, что очередная демонстрация корпорацией своих «технологических мускулов» на самом деле преследует цель просто «подсластить пилюлю», связанную с задержкой массового выхода этих процессоров. И из этой же категории, видимо, будет грядущий скоро очередной «бумажный» (который кое-кто у нас в редакции называет «стероидным») процессор Pentium 4 Extreme Edition — теперь с частотой 3,4 ГГц, изготавливаемый, естественно, по старому доброму 0,13-микронному процессу. Впрочем, пока это лишь слухи.