45nmプロセス

国際半導体技術ロードマップによれば、45 nm プロセスはMOSFET技術ノードであり、2007 年から 2008 年頃に製造されたメモリセルの平均ハーフピッチを指します。

松下とインテルは2007年後半に45nmチップの量産を開始し、AMDは2008年後半に45nmチップの生産を開始した。一方、IBM、インフィニオン、サムスン、チャータードセミコンダクターはすでに共通の45nmプロセスプラットフォームを完成させている。2008年末、SMICはIBMからバルク45nmプロセスのライセンスを取得し、中国を拠点とする半導体企業として初めて45nmに移行した。2008年にはTSMCが40nmプロセスに移行した。

多くの重要な特徴サイズは、リソグラフィーに使用される光の波長(193 nm および 248 nm) よりも小さくなっています。より大きなレンズなどのさまざまな技術が、波長より短い特徴を作成するために使用されます。特にドライリソグラフィーを使用する場合、特徴間の距離を縮小するためにダブルパターニングも導入されています。45 nm ノードでは、193 nm の波長でパターン化される層が増えると予想されます。以前は緩い層 (メタル 4 やメタル 5 など) を 248 nm から 193 nm の波長に移行する動きは今後も続くと予想されますが、193 nmフォトレジストの難しさから、コストがさらに上昇する可能性があります。

高誘電率誘電体

チップメーカーは当初、リーク電流密度を低減する目的でゲートスタックに新しい高誘電率材料を導入することについて懸念を表明していました。しかし、2007年現在、IBMとIntelの両社は高誘電率誘電体と金属ゲートソリューションを持っていると発表しており、Intelはこれをトランジスタ設計の根本的な変化であると考えています。^[1]NECも高誘電率材料を生産しています。

テクノロジーデモ

2004年にTSMCは0.296平方マイクロメートルの45nm SRAMセルを実証しました。2008年にTSMCは40nmプロセスに移行しました。^[2]
2006 年 1 月、Intel は 0.346 平方マイクロメートルの 45 nm ノードSRAMセルを発表しました。
2006 年 4 月、AMD は 0.370 平方マイクロメートルの 45 nm SRAM セルを実証しました。
2006 年 6 月、Texas Instruments 社は液浸リソグラフィーを利用して、0.24 平方マイクロメートルの 45 nm SRAM セルを発表しました。
2006 年 11 月、UMC は、液浸リソグラフィーと低誘電率誘電体を使用して、セルサイズが 0.25 平方マイクロメートル未満の 45 nm SRAM チップを開発したと発表しました。
2006年にサムスンは40nm プロセスを開発した。^[3]

45 nm テクノロジーの後継は、32 nm、22 nm、そして14 nmテクノロジーです。

商業紹介

松下電器産業は、 2007年6月に45nmプロセス技術をベースにしたデジタル民生機器向けシステムオンチップ（SoC）ICの量産を開始した。

Intel は、2007 年 11 月に最初の 45 nm プロセッサであるXeon 5400 シリーズを出荷しました。

Penryn に関する多くの詳細は、2007 年 4 月のIntel Developer Forumで発表されました。その後継はNehalemと呼ばれています。重要な進歩^{[4]には、新しい命令 (}SSE4を含む、別名 Penryn New 命令) と新しい製造材料 (最も重要なのはハフニウムベースの誘電体)の追加が含まれます。Intel の 45nm プロセスでは、トランジスタ密度は 1 平方ミリメートルあたり 333 万トランジスタ (MTr/mm2) です。^[5]

AMD は、2008 年後半に、 45 nm プロセステクノロジーを使用したSempron II、Athlon II、Turion II、Phenom II (一般にパフォーマンスが増加する順)、および Shanghai Opteronプロセッサをリリースしました。

2010年に発売されたXbox 360 Sには、45nmプロセスで製造されたキセノンプロセッサが搭載されています。 ^[6]

PlayStation 3 Slimモデルでは45nmプロセスでCell Broadband Engineが導入されました。 ^[7]

例: Intelの45nmプロセス

IEDM 2007では、Intelの45nmプロセスのより詳細な技術的詳細が明らかにされました。^[8]

ここでは液浸リソグラフィーが使用されていないため、リソグラフィーのパターン形成はより困難です。そのため、この 45 nm プロセスでは、ラインカットダブルパターン形成法が明示的に使用されています。また、ゲートリークの問題に対処するために、高誘電率誘電体の使用が初めて導入されました。32 nmノードでは、 Intel によって液浸リソグラフィーが使用され始めます。

160 nmゲートピッチ（65 nm世代の73%）
200 nmの分離ピッチ（65 nm世代の91％）は、トランジスタ間の分離距離のスケーリングの鈍化を示しています。
ダミー銅金属とダミーゲートの多用^[9]
35 nmゲート長（65 nm世代と同じ）
1 nm相当の酸化物厚、0.7 nmの遷移層
ダミーポリシリコンとダマシンメタルゲートを使用したゲートラストプロセス
2回目のフォトレジストコーティングによるゲート端の角張り^[10]
9層の炭素ドープ酸化物とCuの相互接続、最後の層は厚い「再分配」層
ローカル相互接続用のコンタクトは円形ではなく長方形に近い形状
鉛フリー包装
1.36 mA/μm nFET駆動電流
1.07 mA/μm pFET駆動電流、65 nm世代より51%高速、埋め込みSiGeストレッサーのGeが23%から30%に増加したことにより正孔移動度が向上

2008年のチップワークスのリバースエンジニアリングでは、^[11]トレンチコンタクトは、ローカル相互接続として機能するタングステンの「メタル-0」層として形成されていることが明らかになりました。ほとんどのトレンチコンタクトは、拡散をカバーするゲートに平行に向いた短い線でしたが、ゲートコンタクトはさらに短い線でゲートに垂直に向いていました。

最近、NehalemとAtomマイクロプロセッサの両方が、電圧スケーリングに適応するために、従来の6個ではなく8個のトランジスタを含むSRAMセルを使用していたことが明らかになりました^[12]。これにより、30％以上の面積ペナルティが発生しました。

45 nmテクノロジーを採用したプロセッサ

松下は2007年に45nmのUniphierを発売した。 ^[13]
Wolfdale、Wolfdale-3M、Yorkfield、Yorkfield XE、およびPenryn Intel プロセッサは、 Core 2ブランドで販売されています。
Clarksfield、Bloomfield、Lynnfieldなどの第 1 世代Intel Core i3、i5、i7シリーズプロセッサ。
Diamondville、Pineview は、Intel Atomブランドで販売されているハイパースレッディング機能を備えた Intel コアです。
AMD Thuban ( Phenom II )、Callisto、Heka、Propus、Deneb、Zosma ( Phenom II )、Shanghai ( Opteron ) クアッドコアプロセッサ、Regor ( Athlon II ) デュアルコアプロセッサ [1]、Caspian ( Turion II ) モバイルデュアルコアプロセッサ。
Xbox 360 SモデルのXenonプロセッサ。
PlayStation 3 Slimモデルに搭載されたSony/Toshiba Cell Broadband Engine – 2009 年 9 月。
Samsung S5PC110、通称ハミングバード。
Texas Instruments OMAP 3 および 4 シリーズ。
IBM POWER7とz196
富士通 SPARC64 VIIIfxシリーズ
Wii U「エスプレッソ」IBM CPU。

参考文献

^ 「IEEE Spectrum: The High-k Solution」。2007年10月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年10月25日閲覧。
^ 「40nmテクノロジー」。TSMC 。 2019年6月30日閲覧。
^ 「歴史」。サムスン電子。サムスン。 2019年6月19日閲覧。
^ 「Penryn シリーズの改善に関するレポート」(PDF)。Intel。2006 年 10 月。
^ 「Intel の 10nm Cannon Lake と Core i3-8121U の徹底レビュー」。
^ 「新型 Xbox 360 が 299 ドルで正式発売、本日出荷、角張った不気味な外観 (ハンズオン動画!)」 AOL Engadget。2010 年 6 月 14 日。2010 年 6 月 17 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年7 月 11 日閲覧。。
^ 「ソニーが新型プレイステーション3についての質問に答える」Ars Technica 2009年8月18日2009年8月19日閲覧。。
^ Mistry, K.; Allen, C.; Auth, C.; Beattie, B.; Bergstrom, D.; Bost, M.; Brazier, M.; Buehler, M.; Cappellani, A.; Chau, R.; Choi, C.-H.; Ding, G.; Fischer, K.; Ghani, T.; Grover, R.; Han, W.; Hanken, D.; Hattendorf, M.; He, J.; Hicks, J.; Huessner, R.; Ingerly, D.; Jain, P.; James, R.; Jong, L.; Joshi, S.; Kenyon, C.; Kuhn, K.; Lee, K.; Liu, H.; Maiz, J.; Mclntyre, B.; Moon, P.; Neirynck, J.; Pae, S.; Parker, C.; Parsons, D.; Prasad, C.; Pipes, L.; Prince, M.; Ranade, P.; Reynolds, T.; Sandford, J.; Shifren, L.; Sebastian, J.; Seiple, J.; Simon, D.; Sivakumar, S.; Smith, P.; Thomas, C.; Troeger, T.; Vandervoorn, P.; Williams, S. & Zawadzki, K. (2007 年 12 月)。「高 k+ 金属ゲートトランジスタ、歪みシリコン、9 Cu 相互接続層、193nm ドライパターン、および 100% Pb フリーパッケージングを備えた 45nm ロジックテクノロジー」。2007 IEEE国際電子デバイス会議。pp. 247–250。doi : 10.1109 /IEDM.2007.4418914。ISBN 978-1-4244-1507-6. S2CID 12392861。
^ Intel がリソグラフィーの限界に挑戦、パート II
^ 「IEDM における Intel 45 nm プロセス」。2008 年 12 月 2 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年9 月 2 日閲覧。
^ 「分析」。2008年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年3月15日閲覧。
^ NehalemとAtomで使用される8T SRAM
^ 「パナソニック、新世代UniPhierシステムLSIの販売を開始」パナソニック2007年10月10日2019年7月2日閲覧。

外部リンク

パナソニック、45nm世代SoCの量産を開始
Intel 45nmプロセスは準備完了
Intel、予想よりも早く45nmへ移行か？
半導体メーカーは製造上のハードルに備える
Intel 45 nm ノード SRAM セル
AMDのアップデート
Slashdot での n nm プロセス命名に関する議論
Intelの45nmテクノロジー
IEDM における Intel 45 nm プロセス

[1] 「IEEE Spectrum: The High-k Solution」。2007年10月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年10月25日閲覧。

[2] 「40nmテクノロジー」。TSMC 。 2019年6月30日閲覧。

[samsung-history-3] 「歴史」。サムスン電子。サムスン。 2019年6月19日閲覧。

[4] 「Penryn シリーズの改善に関するレポート」(PDF)。Intel。2006 年 10 月。

[5] 「Intel の 10nm Cannon Lake と Core i3-8121U の徹底レビュー」。

[6] 「新型 Xbox 360 が 299 ドルで正式発売、本日出荷、角張った不気味な外観 (ハンズオン動画!)」 AOL Engadget。2010 年 6 月 14 日。2010 年 6 月 17 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年7 月 11 日閲覧。。

[7] 「ソニーが新型プレイステーション3についての質問に答える」Ars Technica 2009年8月18日2009年8月19日閲覧。。

[mistry2007-8] Mistry, K.; Allen, C.; Auth, C.; Beattie, B.; Bergstrom, D.; Bost, M.; Brazier, M.; Buehler, M.; Cappellani, A.; Chau, R.; Choi, C.-H.; Ding, G.; Fischer, K.; Ghani, T.; Grover, R.; Han, W.; Hanken, D.; Hattendorf, M.; He, J.; Hicks, J.; Huessner, R.; Ingerly, D.; Jain, P.; James, R.; Jong, L.; Joshi, S.; Kenyon, C.; Kuhn, K.; Lee, K.; Liu, H.; Maiz, J.; Mclntyre, B.; Moon, P.; Neirynck, J.; Pae, S.; Parker, C.; Parsons, D.; Prasad, C.; Pipes, L.; Prince, M.; Ranade, P.; Reynolds, T.; Sandford, J.; Shifren, L.; Sebastian, J.; Seiple, J.; Simon, D.; Sivakumar, S.; Smith, P.; Thomas, C.; Troeger, T.; Vandervoorn, P.; Williams, S. & Zawadzki, K. (2007 年 12 月)。「高 k+ 金属ゲートトランジスタ、歪みシリコン、9 Cu 相互接続層、193nm ドライパターン、および 100% Pb フリーパッケージングを備えた 45nm ロジックテクノロジー」。2007 IEEE国際電子デバイス会議。pp. 247–250。doi : 10.1109 /IEDM.2007.4418914。ISBN 978-1-4244-1507-6. S2CID 12392861。

[9] Intel がリソグラフィーの限界に挑戦、パート II

[10] 「IEDM における Intel 45 nm プロセス」。2008 年 12 月 2 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年9 月 2 日閲覧。

[11] 「分析」。2008年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年3月15日閲覧。

[12] NehalemとAtomで使用される8T SRAM

[13] 「パナソニック、新世代UniPhierシステムLSIの販売を開始」パナソニック2007年10月10日2019年7月2日閲覧。