Processo de 10 nm



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Na fabricação de semicondutores , o International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) define o processo de 10  nm como o nó de tecnologia MOSFET seguindo o nó de 14 nm . " Classe de 10 nm " denota chips feitos usando tecnologias de processo entre 10 e 20 nm.

Todos os processos de produção "10 nm" são baseados na tecnologia FinFET ( transistor de efeito de campo fin ), um tipo de tecnologia MOSFET multiportas que é uma evolução não plana da tecnologia CMOS de silício planar . A Samsung iniciou a produção de chips de classe 10 nm em 2013 para seus chips de memória flash de célula de vários níveis (MLC) , seguidos por seus SoCs usando o processo de 10 nm em 2016. A TSMC iniciou a produção comercial de chips de 10 nm em 2016, e Mais tarde, a Intel iniciou a produção de chips de 10 nm em 2018.  

Desde 2009, no entanto, "nó" se tornou um nome comercial para fins de marketing que indica novas gerações de tecnologias de processo, sem qualquer relação com o comprimento do portão, passo de metal ou passo de portão. Por exemplo, GlobalFoundries ' 7 nm processos são semelhantes aos processo de 10 nm da Intel, assim a noção convencional de um nó processo tornou-se turva. Os processos de 10 nm da TSMC e da Samsung estão em algum lugar entre os processos de 14 nm e 10 nm da Intel em densidade de transistor . A densidade do transistor (número de transistores por milímetro quadrado) é mais importante do que o tamanho do transistor, uma vez que transistores menores não significam mais necessariamente um desempenho melhorado ou um aumento no número de transistores.

Fundo

O engenheiro egípcio-americano Mohamed Atalla e o engenheiro coreano-americano Dawon Kahng (os inventores originais do MOSFET em 1959) demonstraram em 1962 um dispositivo que possui uma camada metálica com espessura nanométrica imprensada entre duas camadas semicondutoras , com o metal formando a base e o semicondutores formando o emissor e o coletor. Eles depositaram camadas de metal (a base) no topo de substratos semicondutores de cristal único (o coletor), com o emissor sendo uma peça semicondutora cristalina com um topo ou um canto rombudo pressionado contra a camada metálica (o ponto de contato). Com a baixa resistência e os curtos tempos de trânsito na fina base da nanocamada metálica, os dispositivos eram capazes de alta frequência de operação em comparação com os transistores bipolares . O dispositivo demonstrado por Atalla e Kahng depositou filmes finos de ouro (Au) com espessura de 10 nm sobre germânio tipo n (n-Ge) e o ponto de contato foi silício tipo n (n-Si).

Em 1987, o engenheiro iraniano-americano Bijan Davari liderou uma equipe de pesquisa da IBM que demonstrou o primeiro MOSFET com uma espessura de óxido de porta de 10  nm , usando tecnologia de porta de tungstênio .

Em 2002, uma equipe internacional de pesquisadores da UC Berkeley , incluindo Shibly Ahmed (Bangladesh), Scott Bell, Cyrus Tabery (iraniano), Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu ( Taiwan Semiconductor Manufacturing Company ) e Tsu-Jae King Liu , demonstrou o primeiro FinFET com  comprimento de porta de 10 nm.

A nomenclatura original do ITRS para esse nó de tecnologia era "11 nm". De acordo com a edição de 2007 do roteiro, no ano 2022, o meio-tom (ou seja, metade da distância entre recursos idênticos em uma matriz) para uma DRAM deve ser 11  nm .

Em 2008, Pat Gelsinger , na época atuando como Diretor de Tecnologia da Intel, disse que a Intel viu um 'caminho claro' em direção ao nó de 10 nm.

Em 2011, a Samsung anunciou planos para introduzir o  processo de 10 nm no ano seguinte. Em 2012, a Samsung anunciou chips de memória flash eMMC que são produzidos usando o processo de 10 nm.  

Na realidade, "10 nm", como é geralmente entendido em 2018, está apenas em produção de alto volume na Samsung . A GlobalFoundries pulou 10 nm, a Intel ainda não iniciou a produção de alto volume de 10 nm, devido a problemas de rendimento, e a TSMC considerou 10 nm como um nó de vida curta, principalmente dedicado a processadores para Apple durante 20172018, seguindo em frente a 7 nm em 2018.

Também deve ser feita uma distinção entre 10 nm, conforme comercializado por fundições, e 10 nm, conforme comercializado por empresas de DRAM.

História da produção de tecnologia

Em abril de 2013, a Samsung anunciou que havia começado a produção em massa de chips de memória flash multi-level cell (MLC) usando um processo de classe 10 nm, que, de acordo com Tom's Hardware, a Samsung definiu como "um nó de tecnologia de processo em algum lugar entre 10- nm e 20 nm ". Em 17 de outubro de 2016, a Samsung Electronics anunciou a produção em massa de chips SoC em 10 nm. O principal desafio anunciado da tecnologia tem sido a padronização tripla de sua camada de metal.  

A TSMC começou a produção comercial de chips de 10 nm no início de 2016, antes de passar para a produção em massa no início de 2017.

Em 21 de abril de 2017, a Samsung começou a enviar seu smartphone Galaxy S8 que usa a versão da empresa do processador de 10 nm. Em 12 de junho de 2017, a Apple entregou tablets iPad Pro de segunda geração com chips Apple A10X produzidos pela TSMC usando o processo FinFET de 10 nm.

Em 12 de setembro de 2017, a Apple anunciou o Apple A11 , um sistema baseado em ARM de 64 bits em um chip, fabricado pela TSMC usando um processo FinFET de 10 nm e contendo 4,3 bilhões de transistores em uma matriz de 87,66 mm 2 .

Em abril de 2018, a Intel anunciou um atraso na produção de volume de CPUs mainstream de 10 nm até 2019. Em julho, o tempo exato foi ainda mais definido para a temporada de férias. Nesse ínterim, no entanto, eles lançaram um chip móvel de 10 nm de baixa potência, embora exclusivo para os mercados chineses e com grande parte do chip desativado.

Em junho de 2018 no VLSI 2018, a Samsung anunciou seus processos 11LPP e 8LPP. 11LPP é um híbrido baseado na tecnologia Samsung de 14 nm e 10 nm. O 11LPP é baseado em seu BEOL de 10 nm, não em seu BEOL de 20 nm como seu 14LPP. 8LPP é baseado em seu processo 10LPP.

A Nvidia lançou suas GPUs GeForce série 30 em setembro de 2020. Elas são feitas em uma versão customizada do processo de 8 nm da Samsung, chamado Samsung 8N, com uma densidade de transistor de 44,56 milhões de transistores por mm².

Nós de processo de 10 nm

Fundição


Regras básicas do dispositivo lógico ITRS (2015)
Samsung TSMC Intel (nó não real de 10 nm, consulte 7 nm )
Nome do processo 16/14 nm 11/10 nm 10 nm 11 nm 8 nm 10 nm 10 nm (comparável com 7 nm)
Densidade do transistor (MTr / mm²) Desconhecido Desconhecido 51,82 54,38 61,18 52,51 100,8
Passo da porta do transistor (nm) 70 48 68 64 66 54
Passo de interconexão (nm) 56 36 51 44 36
Passo da aleta do transistor (nm) 42 36 42 42 36 34
Altura da aleta do transistor (nm) 42 42 49 Desconhecido 53
Ano de produção 2015 2017 2017 2018 2018 2016
2017
2018

O pitch do transistor também é conhecido como CPP (poly pitch com contato) e o pitch da interconexão também é conhecido como MMP (pitch mínimo do metal). A Samsung relatou que seu processo de 10 nm tem um passo de porta de transistor de 64 nm e um passo de interconexão de 48 nm. A TSMC relatou seu processo de 10 nm como tendo um passo de porta de transistor de 64 nm e passo de interconexão de 42 nm. Uma investigação mais aprofundada pela Tech Insights revelou que esses valores são falsos e foram atualizados de acordo. Além disso, a altura da aleta do transistor do processo de 10 nm da Samsung foi atualizada pela MSSCORPS CO na SEMICON Taiwan 2017. A GlobalFoundries decidiu não desenvolver um nó de 10 nm, porque acreditava que teria vida curta. O processo de 8 nm da Samsung é o último da empresa a usar exclusivamente a litografia DUV.

DRAM "classe 10 nm"

Para a indústria de DRAM, o termo "classe de 10 nm" é frequentemente usado e esta dimensão geralmente se refere ao meio-tom da área ativa. As estruturas de fundição de "10 nm" são geralmente muito maiores.

Geralmente, a classe de 10 nm refere-se a DRAM com um tamanho de característica de 10-19 nm e foi introduzida pela primeira vez c. 2016. Em 2020, havia três gerações de DRAM de classe de 10 nm: 1x nm (19-17 nm, Gen1); 1y nm (16-14 nm, Gen2); e 1z nm (13-11 nm, Gen3). A DRAM de 3ª geração "1z" foi introduzida pela primeira vez em c.2019 pela Samsung e foi inicialmente declarada para ser produzida usando litografia ArF sem o uso de litografia EUV; a produção subsequente utilizou litografia EUV.

Além de 1z, a Samsung nomeia seu próximo nó (classe de 10 nm de quarta geração) DRAM: "D1a" (para 2021), e além desse D1b (esperado para 2022); enquanto Micron se refere a "nós" sucessivos como "D1" e "D1". A Micron anunciou a remessa de volume de DRAM classe 1 no início de 2021.

Referências

Precedido por
14 nm
Processos de fabricação MOSFET Sucesso de
7 nm

Opiniones de nuestros usuarios

Barbara Lira

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Claudio Sanches

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Gilson Paes

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