Наноструктуры: от 130 нм к 90 нм

Сравнение двух техпроцессов производства для одинаковой архитектуры CPU. Слева - 130-нм ядро SledgeHammer, а справа - тот же самый чип на технологии 90 нм, что позволяет увеличить теоретический выход кристаллов почти на 72 процента.

SOI: транзисторы быстрее переключаются

AMD лицензировала технологию SOI у Soitec.

С помощью описанного выше процесса на поверхности кремниевой подложки создаются транзисторы. Но при этом между микроструктурами создаётся положительная электрическая ёмкость, как в конденсаторе, которая обеспечивает канал для носителей заряда. Этот "эффект конденсатора" автоматически замедляет скорость переключения транзистора, что приводит к повышению энергопотребления чипа в целом.

Чтобы противодействовать описанному эффекту, между отдельными слоями наносится тонкая изолирующая оксидная плёнка. Структура кремний-на-изоляторе (SOI) даёт прирост скорости транзистора вплоть до 30%. Существует два типа процессов, которые позволяют создавать подобные слои. В первом SOI-процессе кремний бомбардируется ионами кислорода. Заряженные частицы, ускоренные электрическим полем, проникают в подложку, где они реагируют с кремнием и формируют требуемую оксидную основу. IBM разработала такой SOI-процесс в конце 90-х годов.

Выдержка из текущих планов Soitec. SOI будет продолжать совершенствоваться.

SOI: изолирующий оксидный слой

Более современный способ производства подложек SOI был разработан Soitec. Сначала изолирующий оксидный слой наносится напрямую на кремниевую подложку. Затем окисленная сторона SOI-подложки прикрепляется ко второй, необработанной подложке. Теперь осталось только удалить излишек материала с одной из сторон "бутерброда".

Для этого Soitec разработала способ точной обработки SmartCut. Он ускоряет ионы, которые пронизывают оксидный слой первой подложки и проходят в слой кремния ниже. Здесь используются ионы водорода, которые "просачиваются" намного быстрее, чем ионы кислорода. Экономия времени приводит к снижению себестоимости производства. Ионы водорода проникают сквозь оксидный слой и ослабляют связи, создавая плоскость разрыва. В итоге внешняя часть подложки может отслоиться по данной плоскости. Любые оставшиеся неровности поверхности можно затем легко отполировать.

SOI-процесс используется IBM (процессоры Power) и AMD (Athlon 64, Turion 64, Opteron). Intel не планирует внедрять SOI в ближайшем будущем. AMD применила SOI уже со вторым поколением Athlon и сегодня тесно сотрудничает с партнёрами над оптимизацией SOI.

Шесть заводов в мире используют SOI вместе с 300-мм кремниевыми подложками.

Планируемые техпроцессы на SOI SmartCut.

Напряжённый кремний: растягиваем Athlon 64

На рисунке показано, как растягивается кристаллическая решётка кремния под воздействием другого материала с большим расстоянием между атомами решётки.

Принцип "напряжённого кремния" (strained silicon) был реализован Intel с выпуском 90-нм ядра Prescott процессора Pentium 4: расширение шага кристаллической решётки кремния во время соединения с другим материалом (к примеру, германий) существенно увеличивает скорость переключения транзисторов. Кремниевая решётка растягивается примерно на 1%. В итоге улучшается мобильность электронов, которые проходят через кристаллическую решётку, и чип требует меньшего напряжения, что приводит и к снижению тепловыделения. Транзисторы, использующие технологию "напряжённого кремния", также обеспечивают больший запас вычислительной мощности процессора. Как и предполагалось, ни AMD, ни Intel не сообщают дополнительные детали о самом техпроцессе.

 

Copyright @ by Lehach, 2009