Разработки в области производства микропроцессоров ведутся под завесой строжайшей секретности – объем этого рынка оценивается в более чем $100 млрд. в год. Корпорация Intel накануне Рождества обнародовала прежде ревностно охранявшийся технологический секрет, который использовался при производстве процессоров Intel последних моделей – в частности, Centrino.
Благодаря новейшей технологии Intel удалось существенно повысить быстродействие транзисторов (а, следовательно, и общую производительность процессоров) без прогрессирующего снижения их размеров, которое обходится все дороже и дороже. Сообщение о новой технологии было сделано на международном совещании по электронным устройствам (International Electron Devices Meeting), прошедшем на прошлой неделе в Вашингтоне.
Одним из естественных факторов, ограничивающих быстродействие транзисторов в микросхемах, являются свойства материала. В условиях, когда снижение геометрических размеров элементов становится все более сложным и дорогостоящим делом, Intel сумел повысить быстродействие транзисторов за счет использования кремния с предварительно деформированной кристаллической структурой. О переходе к производству чипов с “напряженным” (strained) кремнием компания объявила еще в 2002 году, однако в дальнейшие детали вдаваться не стала. Теперь завеса секретности над новейшими разработками Intel приоткрылась.
Как рассказал CNews.ru Всеволод Семенцов из пресс-службы корпорации Intel в странах СНГ, идея технологии “напряженного кремния” предельно проста. “В процессе миниатюризации транзисторов и уменьшения площади их сечения возрастает сопротивление электрическому току, который проходит через транзистор. В результате транзистор “срабатывает” гораздо медленнее, чем хотелось бы, а тепловыделение, наоборот, только увеличивается, – говорит г-н Семенцов. – Специалисты корпорации Intel решили “растянуть” кристаллическую решетку в транзисторе, чтобы увеличить расстояние между атомами и облегчить протекание тока”.
Электрическая проводимость кремния определяется свойствами кристаллической структуры материала и, в частности, ориентацией электронных орбиталей. В обычном кремнии они не ориентированы, и проводимость в различных направлениях одинакова. Если кристаллическую решетку “растянуть”, электронная проводимость возрастает в направлении приложения нагрузки. Аналогичным образом проводимость положительных зарядов (дырок) возрастает при “сжатии” решетки. Однако реальный чип не однороден, и в нем имеются как области с электронной, так и с “дырочной” проводимостью. Уникальность разработки специалистов Intel – в том, что им удалось разработать технологию, позволяющую “сжимать” одни локальные области на кристалле и “растягивать” другие.
При этом, как отметил Всеволод Семенцов, инженеры подразделения Logic Technology Development Division корпорации Intel разработали два независимых способа “растяжения” кремния для разных типов транзисторов. Напомним, что существует два типа CMOS-транзисторов (CMOS, complimentary metal oxide semiconductor – полупроводниковая технология, применяемая при изготовлении всех логических микросхем, включая микропроцессоры и чипсеты): N-типа, обладающие электронной проводимостью, и P-типа, характеризующиеся проводимостью дырочной. Так вот, в NMOS-устройствах поверх транзистора в направлении движения электрического тока наносится слой нитрида кремния (Si3N4), в результате чего кремниевая кристаллическая решетка и “растягивается”. В PMOS-устройствах “напряжение” достигается за счет нанесения слоя SiGe в зоне образования переносчиков тока – здесь решетка “сжимается” в направлении движения электрического тока, и потому “дырочный” ток течет свободнее. @В обоих случаях прохождение тока значительно облегчается: в первом случае – на 10%, во втором – на 25%, – говорит г-н Семенцов. – Сочетание же обеих технологий дает 20-30-процентное ускорение тока”.
Впервые об использовании технологии “напряженного кремния” в технологическом процессе 90 нм было объявлено в августе 2002 г. С той поры снижение числа дефектов на выпускаемых подложках шло гораздо более высокими темпами, чем для предыдущих поколений производственных технологий 0,18- и 0,13-мкм, что и позволило спустя всего год с небольшим перейти к полномасштабному промышленному производству. В то время, как компании-конкуренты только приступили к экспериментам по использованию “напряженного кремния”, на фабриках Intel D1C в Хиллсборо (шт. Орегон) и 11Х в Рио-Ранчо (шт. Нью-Мексико) эта технология начинает внедряться в массовое производство. Третьей фабрикой по производству 90-нм продукции Intel станет Fab24 в Лейкслипе (Ирландия), которая вступит в строй в первой половине 2004 года.
На основе 300-мм подложек с использованием 90-нм техпроцесса будут изготавливаться процессоры Intel Pentium M следующего поколения для мобильных ПК, известные под кодовым наименованием Dothan, и процессоры Intel Pentium 4 следующего поколения для настольных ПК, известные пока как Prescott. Они станут первыми продуктами корпорации Intel, изготовленными с использованием технологии 90 нм. Очень важно, что использование “напряженного кремния” удорожает стоимость производства подложки лишь на 2%, тогда как выгода оказывается существенно больше. Корпорация Intel планирует использовать технологию “напряженного кремния” и в процессе следующего поколения с проектной нормой 65 нм (техпроцесс 1264 планируется к промышленному внедрению в 2005 году).
