英特爾IEDM發布10nm製程細節 | 並展示密度最高CMOS

半導體產業抵達10納米製程的路途漫長而艱辛, 但英特爾似乎找到如何發揮這個製程優點的方式, 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之後, 英特爾在2017年的IEDM中首次開始公開說明10納米製程細節, 並且展示面積1平方厘米晶粒範圍內封裝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, 此製程鰭片的間距為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納米之後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納米製程製造的晶片. 英特爾這次在IEDM上提供更多製造步驟, 功能和材料細節. 10納米製程採用英特爾第3代3D鰭式電晶體(FinFET), 當鰭片更薄, 更高時, 性能也會更佳, 10納米製程的鰭片寬度只有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, 縮放範圍是5納米. 英特爾微縮製程的標準193納米浸潤式微影(immersion lithography)工具是採用所謂的自對準四重圖案(Self-Aligned Quadruple Patterning; SAQP) 來製造鰭片, 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, 英特爾似乎計划進一步加快速度, 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, 英特爾最新製程的電晶體的性能進一步提升, 先前曾表示相較於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%. 英特爾並未說第一個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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