Halbleitertechnologie von A bis Z

Technologieknoten von 10 µm bis 11 nm

10 µm

3 µm

1,5 µm

1 µm

800 nm

600 nm

350 nm

250 nm

180 nm

130 nm

90 nm

65 nm

45 nm

32 nm

22 nm

16 nm

11 nm

45 nm

Der 45-nm-Prozess ist ein Fertigungsprozess, wie er seit 2007-2008 bei den führenden Halbleiterherstellern zum Einsatz kommt.

Matsushita und Intel begannen mit der Massenproduktion bereits Ende 2007, wohingegen AMD erste Chips in 45 nm Ende 2008 auslieferte. Auch IBM, Infineon, Samsung und Chartered Semiconductor besaßen zu diesem Zeitpunkt bereits Fertigungsprozesse für diesen Technologieknoten. In China war SMIC der erste Hersteller, welcher einen 45-nm-Prozess anbot (Bulk-Prozess lizenziert von IBM).

Da auch beim 45-nm-Prozess noch Belichtungswellenlängen von 193 oder 248 nm zum Einsatz kommen, sind verschiedene Abbildungstechniken notwendig um diese Strukturgrößen herstellen zu können. Dies sind u. a. Optical proximity correction, Phasenschiebermasken und Double patterning.

Ebenso kommen bei der 45-nm-Technologie High-k-Materialien zum Einsatz, um Leckströme am Transistorgate zu reduzieren. IBM und Intel zeigten 2007 erste Transistoren mit High-k-Dielektrika und Metal-Gate-Technologie.

Von AMD in der Massenfertigung eingeführte Technologie:

• Immersionslithografie zur Verbesserung der Auflösung (2008)

Technologiedemos:

• 2004: Demonstration einer 0,296 µm² SRAM-Zelle durch TSMC (2008 in 40 nm)
• 2006: Demonstration einer 0,346 µm² SRAM-Zelle durch Intel
• 2006: Demonstration einer 0,370 µm² SRAM-Zelle durch AMD
• 2006: Demonstration einer 0,370 µm² SRAM-Zelle durch Texas Instruments
• 2006: Demonstration einer 0,250 µm² SRAM-Zelle durch UMC mit Immersionslithografie und Low-k-Dielektrika

Massenproduktion:

• 2007: Beginn der Massenproduktion von System-on-a-chip-Lösungen (SoC) in 45 nm durch Matsushita
• 2007: Intel liefert erste Prozessoren aus der Xeon-5400-Familie in 45 nm aus
• AMD liefert Phenom II und Shanghai Opteron-Prozessoren in 45 nm aus
• Der Cell-Prozessor der Playstation 3 (Slim) wird in 45 nm gefertigt

Beispieldaten von Intels 45-nm-Prozess:

Auf der IEDM 2007 wurden mehrere technische Details von Intels 45-nm-Prozess bekannt.

Intel setzt auch in der 45-nm-Technologie noch nicht auf eine Immersionslithografie, zur Abbildung der Strukturen kommt Double patterning zum Einsatz. Ebenso werden erstmals High-k-Materialien zur Verringerung von Leckströmen am Transistor eingesetzt

• 160 nm Gate-Pitch
• 200 nm Isolations Pitch
• 35 nm Gatelänge (identisch zur 65-nm-Fertigung)
• 1 nm Equivalent oxide thickness
• Gate-Last-Prozess mit einem Dummypolysilicium und Metal-Gate im Damascene-Verfahren
• 9 Metallebenen mit organischem Zwischenoxid als Dielektrikum
• Bleifreies Packaging
• 1,36 mA/µm Ansteuerstrom (nFET)
• 1,07 mA/µm Ansteuerstrom (pFET)
• Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit um 51 % von pFETs durch einen höheren Anteil an Germanium (23 % -> 30 %) im Silicium (SiGe stressor)

Bei der Fertigung von Nehalem- und Atom-Prozessoren werden anstelle von sechs Transistoren in den SRAM-Zellen acht Bauteile verwendet, um Spannungsänderungen besser abfangen zu können, wodurch 30 % mehr Fläche benötigt werden.

Prozessoren in 45 nm (Auswahl):

• Matsushita Uniphier
• Intel Core i7 und Core i5 750
• Intel Atom (Diamondville und Pineview)
• AMD Phenom II (Deneb) und AMD Opteron (Shanghai) Quad-Core Processoren
• Cell-Engine (PlayStation 3 Slim)