Intel onthult 's werelds meest geavanceerde chipproductieprocédé

Kontich, 14 augustus 2002 - Intel heeft een aantal revolutionaire technologieën ontwikkeld en geïntegreerd in een nieuw 90 nanometer (nm) chipproductieprocédé, het meest geavanceerde productieprocédé voor halfgeleiders van dit moment. Intel heeft met behulp van deze technologie al een aantal opmerkelijke siliciumstructuren en geheugenchips gebouwd. Intel zal dit procédé volgend jaar gaan toepassen bij de massaproductie van chips, met behulp van 300 mm wafers.

Het nieuwe 90 nm procédé (één nanometer is één-miljardste meter) combineert snellere en energiezuinigere transistors, 'opgerekt' silicium, snelle koperverbindingen en een nieuw diëlektrisch materiaal met een lage capacitieve waarde. Het is voor het eerst dat al deze technologieën met elkaar worden geïntegreerd tot een procédé.

"Terwijl sommigen bezig zijn met een langzame transitie naar een 130 nm (0,13 micron) procédé op 200 mm wafers, zijn wij al bezig met de geavanceerde 90 nm technologie op 300 mm wafers," zegt Dr. Sunlin Chou, vice president en general manager van Intel's Technology and Manufacturing Group. "Dankzij deze combinatie zal Intel in staat zijn om nog betere producten te maken en de productiekosten terug te brengen."

Al ruim 10 jaar bepaalt Intel het tempo van de Wet van Moore, door om het jaar een nieuw procédé te introduceren. Het 90 nm procédé is de volgende generatie, de opvolger van het 0,13 micron procédé dat momenteel door Intel wordt gebruikt voor de fabricage van het merendeel van zijn processors.

Revolutionaire technologieën
Geavanceerde transistors: Intel's nieuwe 90 nm procédé zal gebruik maken van transistors met een lengte van slechts 50 nm (de zogenamde 'gate'-lengte). Dit zullen dan de kleinste en krachtigste CMOS-transistors zijn die in de productie van chips worden gebruikt. Ter vergelijking: de kleinste transistors van dit moment, die worden gebruikt in de Intel Pentium 4 processor, zijn 60 nm 'groot'. Kleine, snelle transistors zijn de bouwstenen van zeer snelle processors. Deze transistors bevatten onderdelen die slechts 5 atomen dik zijn (1,2 nm). Dunnere componenten zorgen voor sneller transistors.

'Opgerekt' silicium: Intel heeft een zelfontwikkelde implementatie van 'opgerekt' silicium ('strained silicon') in dit procédé geïntegreerd. Door gebruik te maken van silicium waarin de individuele atomen verder uit elkaar liggen, loopt elektrische stroom vloeiender, wat de snelheid van de transistors verhoogt. Dit zal het eerste productieprocédé in deze industrie zijn dat gebruik maakt van zeer 'opgerekt' silicium.

Koperverbindingen met een nieuw, laag-capacitief diëlektrisch materiaal: het procédé maakt tevens gebruik van een nieuw diëlektrisch materiaal, genaamd 'carbon-doped oxide' (CDO). Dit materiaal verhoogt de snelheid van elektrische signalen in een chip en brengt het stroomgebruik terug. Dit diëlektricum is geïmplementeerd in een eenvoudig tweelaags ontwerp dat makkelijk te fabriceren is.

Nieuw procédé breekt records
In februari wist Intel met behulp van het 90 nm procédé SRAM-chips te fabriceren met 's werelds hoogste capaciteit: 52 megabits (dit betekent dat deze chips 52 miljoen individuele bits aan informatie kunnen opslaan). Deze volledig functionele chips bevatten 330 miljoen transistors op een oppervlakte van slechts 109 vierkante millimeter, ongeveer de grootte van een vingernagel.

Deze chips maken tevens gebruik van de kleinste SRAM-celgrootte van dit moment, slechts één micron. Dit is een mijlpaal waar chipontwerpers en -fabrikanten lang naar hebben gestreefd. Ter vergelijking: een rode bloedcel is ongeveer 100 maal zo groot. Kleine SRAM-cellen maken het mogelijk om grotere databuffers te integreren in processors, waarmee de prestaties verder worden verhoogd. Deze halfgeleiderproducten werden gefabriceerd in Intel's 300 mm ontwikkelfaciliteit (genaamd 'D1C') in Oregon, waar dit procédé is ontwikkeld.

"Intel's 90 nm procédé is volledig gereed voor massaproductie en we vervaardigen op dit moment routinematig wafers en chips met dit procédé in onze laboratoria," zegt Mark Bohr, Intel Fellow en director of process architecture and integration bij Intel. "Volgend jaar zullen we als eerste bedrijf een 90 nm procédé hebben voor de massaproductie van chips."

Overige details
Het 90 nm procédé van Intel maakt verder gebruik van zeven lagen van zeer snelle koperverbindingen, die de snelheid van de processor verhogen. Bij het procédé wordt een combinatie van lithografische apparatuur met een golflengte van 248 en 193 nm gebruikt. Intel verwacht dat ongeveer driekwart van de apparatuur die momenteel wordt gebruikt bij de huidige 300 mm versie van het 0,13 micron procédé, opnieuw kan worden gebruikt. Dit betekent een aanzienlijke reductie van de implementatiekosten en de garantie van bewezen apparatuur. Het 90 nm procédé zal in de D1C-faciliteit worden opgevoerd naar hoge productievolumes en begin volgend jaar van daaruit worden overgebracht naar andere 300 mm productiefaciliteiten.

Intel verwacht het 90 nm procédé in 2003 in drie 300 mm waferfabrieken te kunnen gebruiken. Een van de eerste commerciële chips die met behulp van dit procédé zal worden vervaardigd, is de processor die momenteel bekend is onder de codenaam 'Prescott'. Deze processor is gebaseerd op de Intel NetBurst-microarchitectuur en zal in de tweede helft van 2003 geïntroduceerd worden.

Meer informatie is te vinden op Intel's Silicon Showcase, op www.intel.com/research/silicon/.