oldi

Сказание о 45 нанометрах`

45-нм производственная технология. Решение трудной задачи

Сущность инноваций

Успех складывается из множества маленьких побед

 

11 февраля в США отмечают День изобретателя. В честь этого праздника заслуженный инженер-исследователь (Intel Fellow) корпорации Intel Келин Кун (Kelin Kuhn) поделилась своими мыслями о том, какими качествами должен обладать изобретатель.

45-нм производственная технология. Решение трудной задачи

Я перестала читать научную фантастику, когда в конце 2003 года оказалась в команде разработчиков 45-нм производственной технологии. Это произошло не потому, что у меня не было времени на чтение (хотя отчасти это верно), а потому, что по сравнению с нашей работой фантастика стала казаться скучной.

Разработка 45-нм производственного процесса началась, как и всегда, с выработки основных проектных норм. Проектные нормы — это список максимальных и минимальных размеров основных компонентов.

Занимаясь разработкой производственных технологий, я привыкла к тому, что новые проектные нормы всегда кажутся невыполнимыми, и 45-нм технология не стала исключением. Увидев первый набор проектных норм, я воскликнула: «Люди не могут это сделать!» Со временем я научилась сдерживать такую реакцию, потому что мы всегда заставляли все это работать — поколение за поколением. Однако я до сих пор испытываю изумление, когда впервые знакомлюсь с нормами проектирования. Почему так происходит? Подумайте, о каких размерах мы говорим. До прихода в Intel я была профессором в университете и занималась лазерами и оптикой. Я знала, что фотоотпечаток объекта не может быть меньше длины волны света, используемого для проекции. Работая над 45-нанометровой технологией, мы регулярно создаем транзисторы, размер которых по крайней мере в пять раз меньше длины волны ультрафиолетового (УФ) излучения, применяемого для получения отпечатка. Ячейка статической памяти, изготовляемой по 45-нм процессу, меньше красного кровяного тельца человека.

Сущность инноваций

При разработке 45-нм производственной технологии мы столкнулись с критичной проблемой, описание которой уместнее звучало бы на борту звездолета, а не в реальной жизни. Перед нами стояла задача разработать процесс производства транзисторов, который позволит значительно уменьшить интенсивность квантово-механического туннельного перехода электронов через барьер. Вы можете спросить, для чего это нужно. Дело в том, что если не избавиться от этого нежелательного явления, наши микросхемы будут слишком сильно нагреваться и потреблять так много электроэнергии, что для них нельзя будет найти практического применения.

В конце 90-х годов команда сотрудников подразделения Components Research Group корпорации Intel под руководством Роберта Чау (Robert Chau) начала поиск решений этой проблемы. Они установили, что, заменив традиционный диэлектрик затвора на диэлектрический материал high-k с добавками оксида гафния, можно существенно уменьшить квантово-механическое «туннелирование» электронов.

Они также обнаружили, что для организации эффективного производства материалов high-k на основе гафния необходимо изготавливать электрод затвора из другого материала — вместо поликристаллического кремния использовать металл. Позвольте мне ненадолго отвлечься и объяснить, почему нам стало так страшно.

В то время (конец 2003 — начало 2004 года) единственные рабочие транзисторы с диэлектриками high-k и металлическими затворами были получены в рамках исследовательских программ и технологии их производства просто не существовало. Чтобы понять, на какой стадии находились разработки таких транзисторов, в качестве примера можно привести нашу основополагающую исследовательскую статью (Дэйтта (Datta) и др. IEDM 2003. С. 653-655). В ней демонстрировались важные особенности (встраивание напряженного кремния и три варианта снижения утечки в затворе), но основные научные факты об этих материалах еще были предметом спора. В то время на конференциях и экспертных дискуссиях шли горячие дебаты между учеными и университетскими специалистами по самым фундаментальным аспектам физики этих материалов.

Мысль о том, что Intel сможет всего за четыре года перейти от экспериментальной стадии изготовления таких структур к их рентабельному производству, казалась фантастической.

Сегодня я вспоминаю, как происходило внедрение 45-нм процесса. Я до сих пор восхищаюсь тем, что нам удалось реализовать эту новаторскую составную архитектуры транзисторов (а также удовлетворить напряженным производственным требованиям). Мы снова подтвердили справедливость закона Мура, за два года совершив переход с 65- на 45-нм производственный процесс.

Успех складывается из множества маленьких побед

Одна из проблем при разработке технологии состоит в том, что любая инновация вызывает у критиков однозначную реакцию: «Это не будет работать!» Транзисторы с диэлектриками high-k и металлическими затворами не были исключением.

Мой отец говорил: «Непрофессионал считает, что всё должно работать, и удивляется, когда что-то не работает. Профессионал уверен, что ничего не должно работать, и удивляется, когда что-то заработало».

Это шутливое высказывание отражает истинную правду. При решении трудной задачи на «укрощение» вещей, которые работают неправильно, затрачивается столько энергии, что, когда наконец приходит успех, его даже можно не заметить.

В научной фантастике (к сожалению, даже в лучших произведениях) главному герою приходит в голову блестящая мысль, и алле-гоп! — через несколько дней она уже реализована. Было бы здорово, если бы так же происходило и в реальной жизни, но, увы, это далеко не так. Позволю себе поделиться одной важной мыслью: разработка 45-нм производственного процесса стала отличным подтверждением афоризма Томаса Эдисона: «Гений — это десять процентов вдохновения и девяносто процентов потения».

В случае с 45-нм производственным процессом десять процентов вдохновения пришлось на одну основополагающую инновацию — объединение диэлектрика на основе гафния и металлического затвора. Остальные девяносто процентов составляло «потение» — множество талантливых людей постоянно вносили последовательные улучшения в самых разных областях, включая рост процента выхода годной продукции, повышение надежности и увеличение быстродействия транзисторов. Только благодаря их усилиям 45-нм технология для производства транзисторов с диэлектриками high-k и металлическими затворами все же была реализована.

 

В начало В начало

КомпьютерПресс 3'2009