英特爾制程工藝解析

英特爾今天公布了公司有史以來最詳細(xì)的制程技術(shù)路線圖之一，展示了從現(xiàn)在到2025年乃至更遠(yuǎn)的未來，驅(qū)動(dòng)新產(chǎn)品開發(fā)的突破性技術(shù)。本資料介紹了實(shí)現(xiàn)此路線圖的創(chuàng)新技術(shù)的關(guān)鍵細(xì)節(jié)，并解釋了新的節(jié)點(diǎn)命名方法背后的依據(jù)。

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未來之路

英特爾的路線圖是基于無與倫比的制程技術(shù)創(chuàng)新底蘊(yùn)制定而成。結(jié)合世界先進(jìn)的研發(fā)流程，英特爾推出過諸多深刻影響了半導(dǎo)體生態(tài)的行業(yè)首創(chuàng)技術(shù)，如應(yīng)變硅、高K金屬柵極和3D FinFET晶體管等。

如今，英特爾延續(xù)這一傳統(tǒng)，在全新的創(chuàng)新高度上制定路線圖，其中不僅包括深層次的晶體管級(jí)增強(qiáng)，還將創(chuàng)新延伸至互連和標(biāo)準(zhǔn)單元級(jí)。英特爾已加快創(chuàng)新步伐，以加強(qiáng)每年制程工藝提升的節(jié)奏。

內(nèi)在創(chuàng)新

以下是英特爾制程技術(shù)路線圖、實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)新技術(shù)以及新節(jié)點(diǎn)命名的詳細(xì)信息：

Intel 7（此前稱之為10納米Enhanced SuperFin）

通過FinFET晶體管優(yōu)化，每瓦性能[ 基于內(nèi)部估計(jì)；結(jié)果可能會(huì)有變化。]比英特爾10納米SuperFin提升約10% - 15%，優(yōu)化方面包括更高應(yīng)變性能、更低電阻的材料、新型高密度蝕刻技術(shù)、流線型結(jié)構(gòu)，以及更高的金屬堆棧實(shí)現(xiàn)布線優(yōu)化。Intel 7將在這些產(chǎn)品中亮相：于2021年推出的面向客戶端的Alder Lake，以及預(yù)計(jì)將于2022年第一季度投產(chǎn)的面向數(shù)據(jù)中心的Sapphire Rapids。

Intel 4（此前稱之為Intel 7納米）

與Intel 7相比，Intel 4的每瓦性能提高了約20% ，它是首個(gè)完全采用EUV光刻技術(shù)的英特爾FinFET節(jié)點(diǎn)，EUV采用高度復(fù)雜的透鏡和反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，將13.5納米波長(zhǎng)的光對(duì)焦，從而在硅片上刻印極微小的圖樣。相較于之前使用波長(zhǎng)為193納米的光源的技術(shù)，這是巨大的進(jìn)步。Intel 4將于2022年下半年投產(chǎn)，2023年出貨，產(chǎn)品包括面向客戶端的Meteor Lake和面向數(shù)據(jù)中心的Granite Rapids。

Intel 3

Intel 3將繼續(xù)獲益于FinFET，較之Intel 4，Intel 3將在每瓦性能1上實(shí)現(xiàn)約18%的提升。這是一個(gè)比通常的標(biāo)準(zhǔn)全節(jié)點(diǎn)改進(jìn)水平更高的晶體管性能提升。Intel 3實(shí)現(xiàn)了更高密度、更高性能的庫；提高了內(nèi)在驅(qū)動(dòng)電流；通過減少通孔電阻，優(yōu)化了互連金屬堆棧；與Intel 4相比，Intel 3在更多工序中增加了EUV的使用。Intel 3將于2023年下半年開始生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品。

Intel 20A

PowerVia和RibbonFET這兩項(xiàng)突破性技術(shù)開啟了埃米時(shí)代。PowerVia是英特爾獨(dú)有、業(yè)界首個(gè)背面電能傳輸網(wǎng)絡(luò)，它消除晶圓正面的供電布線需求，優(yōu)化信號(hào)布線，同時(shí)減少下垂和降低干擾。RibbonFET是英特爾研發(fā)的Gate All Around晶體管，是公司自2011年率先推出FinFET以來的首個(gè)全新晶體管架構(gòu)，提供更快的晶體管開關(guān)速度，同時(shí)以更小的占用空間實(shí)現(xiàn)與多鰭結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動(dòng)電流。Intel 20A預(yù)計(jì)將在2024年推出。

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命名含義

數(shù)十年來，制程工藝“節(jié)點(diǎn)”的名稱與晶體管的柵極長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)。雖然業(yè)界多年前不再遵守這種命名法，但英特爾一直沿用這種歷史模式，即使用反映尺寸單位（如納米）的遞減數(shù)字來為節(jié)點(diǎn)命名。

如今，整個(gè)行業(yè)使用著各不相同的制程節(jié)點(diǎn)命名和編號(hào)方案，這些多樣的方案既不再指代任何具體的度量方法，也無法全面展現(xiàn)如何實(shí)現(xiàn)能效和性能的最佳平衡。

在披露制程工藝路線圖時(shí)，英特爾引入了基于關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)——包括性能、功耗和面積等的新命名體系。從上一個(gè)節(jié)點(diǎn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)命名的數(shù)字遞減，反映了對(duì)這些關(guān)鍵參數(shù)改進(jìn)的整體評(píng)估。

“摩爾定律仍在持續(xù)生效。對(duì)于未來十年走向超越‘1納米’節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)新，英特爾有著一條清晰的路徑。我想說，在窮盡元素周期表之前，摩爾定律都不會(huì)失效，英特爾將持續(xù)利用硅的神奇力量不斷推進(jìn)創(chuàng)新?！?/p>

– 帕特?基辛格，英特爾公司CEO
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隨著行業(yè)越來越接近“1納米”節(jié)點(diǎn)，英特爾改變命名方式，以更好地反映全新的創(chuàng)新時(shí)代。具體而言，在Intel 3之后的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)將被命名為Intel 20A，這一命名反映了向新時(shí)代的過渡，即工程師在原子水平上制造器件和材料的時(shí)代——半導(dǎo)體的埃米時(shí)代。

更新后的命名體系將創(chuàng)建一個(gè)清晰而有意義的框架，來幫助行業(yè)和客戶對(duì)整個(gè)行業(yè)的制程節(jié)點(diǎn)演進(jìn)有更準(zhǔn)確的認(rèn)知，進(jìn)而做出更明智的決策。隨著英特爾代工服務(wù)（IFS）的推出，讓客戶清晰了解情況比以往任何時(shí)候都顯得更加重要。