Intel следует правилу Гордона Мура несмотря ни на что

Эмпирическое наблюдение своего основателя Гордона Мура лидер полупроводниковой индустрии — компания Intel превратила в закон, ориентируясь на него в своей повседневной деятельности. Очередное подтверждение его всесильности и верности компания продемонстрировала в конце ноября, объявив о создании полнофункциональной микросхемы по 65-нанометровому техпроцессу.

Марк Бор, старший почетный сотрудник и директор по технологическим процессам и интеграции, сообщил о выпуске четырехмегабитной микросхемы SRAM, одна ячейка которой теперь занимает 0,57 кв. мкм, что в 1,8 раза меньше площади такого же элемента, выполненного 20 месяцев назад по 90-нм технологии. Начать коммерческое использование 65-нм техпроцесса планируется в 2005 году.

Первые микросхемы по 65-нм техпроцессу изготовлены на фабрике в Хилсборо. Для достижения 65-нм границы создали «чистую комнату» площадью 16 тыс. кв. м

Обуздать волну

Технологические трудности, которые в последнее время приходится преодолевать инженерам Intel ради выполнения закона Мура, весьма существенны.

При формировании структуры будущей микросхемы на кремниевой пластине ультрафиолетовое излучение проходит через маску, а затем через фокусирующую систему попадает на саму пластину. При производстве микросхем по 65-нм технологии будет использоваться литографическое оборудование с длиной волны 193 нм. Это напоминает вырезание ножницами узора из кусочка бумаги, который свободно проходит между режущими частями.

Поскольку размер препятствий, которые возникают на пути ультрафиолетового излучения при прохождении через маску, сравним с длиной волны, при этом наблюдается отклонение от законов геометрической оптики. В результате вместо четкого повторения форм маски тень на кремниевой подложке выходит со сглаженными углами. И чем меньше величина получаемых элементов по сравнению с длиной волны, тем труднее добиться желаемой формы. Эту проблему в Intel решили с помощью маскирования с фазовым сдвигом (phase-shift masking). Теперь используются такие маски, в которых соседние проходящие волны имеют противоположные фазы — максимумы засветки и тени на пластине становятся более четкими. Новый тип масок назван Advanced OPC (Advanced Optical Proximity Correction — улучшенная оптическая приближенная коррекция), внешне они похожи на прежние угловатые шаблоны, дополненные маленькими прямоугольниками по краям.

Лавина новаций

Как говорят в Intel, закон Мура — это только вершина айсберга, невнимательному глазу громадные ресурсы, вложенные в исследования, не видны. Для использования преимуществ нового техпроцесса потребовалось модифицировать структуру транзисторов. В частности, в них применена технология так называемого растянутого кремния (Strained Silicon). В зависимости от типа транзистора в исходный кремний добавляют нитрид кремния, Si3N4 (для транзисторов n-типа) или соединение кремния с германием, SiGe (для транзисторов р-типа).

Интересно, что во втором случае пространственная решетка кристаллического кремния сжимается, но суть технологии на самом деле не в том, чтобы «растянуть» атомную решетку, а в том, чтобы создать благоприятные условия для протекания тока. Применение второго поколения этой технологии, по словам представителей Intel, на 10 и 25% повысило рабочие токи каналов транзисторов p- и n-типа соответственно, при этом себестоимость процесса увеличилась всего на 2%.

Если в случае с материалами, использующимися в качестве диэлектрика затвора (в 65-нм процессе пока останется оксид кремния), идет борьба за повышение коэффициента диэлектрической проницаемости k, то прокладка между медными соединениями, наоборот, должна иметь как можно меньшее значение k. Применение в 65-нм техпроцессе нового материала с более низким k позволило повысить скорость распространения сигнала в кристалле, уменьшить энергопотребление, а также добавить восьмой слой медных соединений.

Исследования электрических характеристик микросхем SRAM, приведенные Бором, показали, что низкий уровень шумов обеспечивается при напряжениях от 0,7 до 1,1 В.

Близкое будущее

Первые микросхемы по 65-нм техпроцессу изготовлены на фабрике в Хилсборо (шт. Орегон) — самом современном заводе Intel. Для достижения 65-нм границы создали «чистую комнату» площадью 16 тыс. кв. м. В дальнейшем здесь будет применяться и 45-нм техпроцесс. При производстве используются 300-мм кремниевые пластины.

По словам Бора, существующая 193-нм литография будет применена и для создания микросхем по 45-нм техпроцессу (начало его коммерческого применения ожидается в 2007 году). При его внедрении основные новации ожидаются в изменении материалов затвора и его диэлектрика (см. «Intel идет на компромисс», Computerworld Россия № 46 за 2003 год).

Внедрение 32-нм техпроцесса потребует уже так называемой экстремальной ульрафиолетовой литографии (EUV) с длиной волны 13 нм, его коммерческое применение запланировано на 2009 год. Так что до конца десятилетия неразрушимых преград на пути выполнения закона Мура не ожидается.