Высота

Слева направо: Гани, Мистри, Чау и Бор из Intel с пластиной 45-нанометровых микропроцессоров.

Когда вы читаете это, Два наших самых передовых завода здесь, в Intel, готовятся к коммерческому производству новейших микропроцессоров Core 2 под кодовым названием Penryn, которые должны начать сходить с конвейера до конца года. Чипы, основанные на нашей новейшей 45-нанометровой технологии КМОП, будут иметь больше транзисторов, работать быстрее и холоднее, чем микропроцессоры, изготовленные по 65-нм техпроцессу предыдущего поколения. В ресурсоемких музыкальных, видео и игровых приложениях пользователи увидят значительный прирост производительности по сравнению с лучшими чипами, которые они сейчас используют.

Приятное событие, но вряд ли большая новость, не так ли? Ведь плотность транзисторов на чипах периодически удваивается, как и предсказывает закон Мура, уже более 40 лет. Первые чипы Penryn будут либо двухъядерными процессорами с более чем 400 миллионами транзисторов, либо четырехъядерными процессорами с более чем 800 миллионами транзисторов. Вы можете подумать, что эти чипы представляют собой не что иное, как еще одну контрольную точку в неумолимом движении закона Мура.

Но вы ошибаетесь. Эти чипы были бы невозможны без серьезного прорыва в том, как мы создаем ключевой компонент бесконечно малых транзисторов на этих чипах, называемый стеком вентилей. Основная проблема, которую нам пришлось преодолеть, заключалась в том, что несколько лет назад у нас закончились атомы. Буквально.

Чтобы сохранить кривую закона Мура, нам нужно уменьшать размер наших транзисторов вдвое каждые 24 месяца или около того. Физика требует, чтобы мельчайшие части этих транзисторов были уменьшены в 0,7 раза. Но есть одна важная часть транзистора, которую, как мы обнаружили, мы больше не можем уменьшать. Это тонкий слой изоляции из диоксида кремния (SiO2), который электрически изолирует затвор транзистора от канала, по которому течет ток, когда транзистор включен. Этот изоляционный слой уменьшался и уменьшался с каждым новым поколением, примерно в десять раз только с середины 1990-х годов. За два поколения до Пенрина толщина этой изоляции составляла всего лишь пять атомов.

Мы не смогли сократить даже одну десятую нанометра — диаметр одного атома кремния составляет 0,26 нм. Что еще более важно, при толщине в пять атомов изоляция уже представляла собой проблему, поскольку тратилась энергия, пропуская сквозь нее дождь электронов. Без значительных инноваций полупроводниковая промышленность рисковала столкнуться со страшным «стопором», долгожданной непреодолимой проблемой, которая положит конец эпохе закона Мура, характеризующейся периодическим экспоненциальным ростом производительности памяти, микропроцессоров и других чипов, и наступит очень хорошие времена. что пошло с этим.

Решением этого последнего кризиса стало утолщение изолятора большим количеством атомов, но другого типа, чтобы придать ему лучшие электрические свойства. Этот новый изолятор работает достаточно хорошо, чтобы остановить поглощающий энергию град электронов, который преследует передовые чипы в течение последних четырех лет. Если в обозримом будущем закон Мура рухнет, то это произойдет не из-за недостаточной изоляции ворот. Соучредитель Intel Гордон Мур, известный по «Закону Мура», назвал изменения, которые мы внесли при внедрении этого последнего поколения чипов, «самым большим изменением в транзисторной технологии» с конца 1960-х годов.

Как бы сложно ни было найти новый изолятор, это было только полдела. Цель изолятора — отделить кремниевый затвор транзистора от остальной части устройства. Проблема в том, что кремниевый затвор не работал с новым изоляционным материалом. Первоначальные транзисторы, изготовленные на их основе, работали хуже, чем старые транзисторы. Ответ заключался в том, чтобы добавить в смесь еще один новый материал, заменив кремниевый затвор на металлический.

Изменение материалов, используемых в транзисторе, может показаться не такой уж большой проблемой, но это было так. Несколько лет назад в отрасли произошел серьезный переворот, когда она перешла с алюминиевых межсоединений на медные и — в то же время — от оболочки SiO2 для этих межсоединений на химически подобные диэлектрики с «низким k». И эти изменения не имели никакого отношения к самому транзистору. О фундаментальном изменении конструкции транзистора практически никто не слышал. Комбинация затвора и изолятора, стека затворов, существенно не изменилась с тех пор, как Мур, Эндрю С. Гроув и другие описали ее в этом журнале еще в октябре 1969 года!