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英特爾IEDM發布10nm制程細節

2017-12-13

半導體產業抵達10納米制程的路途漫長而艱辛,但英特爾(Intel)似乎找到如何發揮這個制程優點的方式,即將發布的首個Cannon Lake筆記型電腦(NB)料將展現成果。 

英特爾繼3年前在國際電子元件大會(IEDM)大會發布14納米技術,近一年前在CES中展示Cannon Lake NB之后,英特爾在2017年的IEDM中首次開始公開說明10納米制程細節,并且展示面積1平方厘米晶粒范圍內封裝1億顆電晶體的成果,宣稱是迄今密度最高的CMOS電晶體。 

英特爾年初在Technology and Manufacturing Day曾說明10納米技術的基本功能,此制程鰭片的間距為34納米,閘極間距為54納米,最小的金屬間距為36納米。英特爾自從180納米之后即持續將每個世代的SRAM單元體積縮小0.5倍,10納米為0.0312平方微米。這樣的尺寸類似晶圓廠為蘋果(Apple)、NVIDIA和高通(Qualcomm)以7納米制程制造的芯片。 

英特爾這次在IEDM上提供更多制造步驟、功能和材料細節。10納米制程采用英特爾第3代3D鰭式電晶體(FinFET),當鰭片更薄、更高時,性能也會更佳,10納米制程的鰭片寬度只有7納米,高度46納米(先前英特爾曾提到是53納米),高度可以隨著不同的應用而調整,縮放范圍是5納米。 

英特爾微縮制程的標準193納米浸潤式微影(immersion lithography)工具是采用所謂的自對準四重圖案(Self-Aligned Quadruple Patterning;SAQP) 來制造鰭片,過程增加四個額外的步驟來提高密度。英特爾還在標準單元(cell)中減少鰭片數量,同時引用兩種新技巧來增加密度。第一個是消除邊界主動式單元的假性閘極(dummy gate),另外一個是有源閘極上接觸(contact-over-active-gate,COAG),將介層(via)直接置入主動式閘極區,這需要三個額外的步驟,單元面積則縮小10%。 

按照英特爾的估算方式,英特爾的密度有加速提升的趨勢,從45納米到22納米的2倍,到14納米和10納米時提高為2.7倍。不過,英特爾似乎計劃進一步加快速度,該公司Technology and Manufacturing Group副總裁Chris Auth透露,未來每兩年晶粒的密度將會增加1倍。 

隨著鰭片間距縮小,接觸到的電阻較低,英特爾最新制程的電晶體的性能進一步提升,先前曾表示相較于14納米,10納米性能將增加25%,消耗電力減少近一半。但在IEDM上英特爾表示,10納米驅動電流比NMOS電晶體增加71%,比PMOS增加35%。 

英特爾并未說第一個10納米處理器何時推出,但首個家族成員Cannon Lake可能2018年出現在筆記型電腦之中。


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