BaggrundRediger

Grundlaget for fremstilling under 20 nm er FinFET (Fin field-effect transistor), en videreudvikling af MOSFET-transistoren. FinFET-teknologien blev lanceret af Digh Hisamoto og hans forskerhold på Hitachi Central Research Laboratory i 1989.

En opløsning på 14 nm er vanskelig at opnå i en polymerresist, selv med elektronstrålelitografi. Desuden begrænser de kemiske virkninger af ioniserende stråling også den pålidelige opløsning til ca. 30 nm, hvilket også kan opnås ved hjælp af den nuværende avancerede immersionslitografi. Der kræves hardmask-materialer og flere mønstre.

En mere betydelig begrænsning skyldes plasmaskader på lav-k-materialer. Omfanget af skaderne er typisk 20 nm tykt, men kan også gå op til ca. 100 nm. Skadesfølsomheden forventes at blive værre, efterhånden som low-k-materialerne bliver mere porøse. Til sammenligning er atomradius for et ubegrænset silicium 0,11 nm. Dermed ville omkring 90 Si-atomer spænde over kanallængden, hvilket ville føre til betydelig lækage.

Tela Innovations og Sequoia Design Systems udviklede en metode, der muliggør dobbelt eksponering til 16/14 nm-noden omkring 2010. Samsung og Synopsys er også begyndt at implementere dobbeltmønstring i 22 nm og 16 nm designstrømme. Mentor Graphics rapporterede om taping out 16 nm-testchips i 2010. Den 17. januar 2011 meddelte IBM, at selskabet gik sammen med ARM om at udvikle 14 nm-chipbehandlingsteknologi.

Den 18. februar 2011 meddelte Intel, at det ville opføre en ny fabrik til fremstilling af halvledere i Arizona til en værdi af 5 mia. dollars, der er beregnet til at fremstille chips ved hjælp af 14 nm-fremstillingsprocesser og avancerede 300 mm-wafers. Det nye produktionsanlæg skulle få navnet Fab 42, og det var meningen, at byggeriet skulle begynde i midten af 2011. Intel præsenterede det nye anlæg som “det mest avancerede, højvolumenproduktionsanlæg i verden” og sagde, at det ville blive taget i brug i 2013. Intel har siden besluttet at udskyde åbningen af dette anlæg og i stedet opgradere sine eksisterende anlæg til at understøtte 14-nm-chips. Den 17. maj 2011 annoncerede Intel en køreplan for 2014, der omfattede 14 nm transistorer til deres Xeon-, Core- og Atom-produktlinjer.

TeknologidemonstrationerRediger

I slutningen af 1990’erne begyndte Hisamotos japanske hold fra Hitachi Central Research Laboratory at samarbejde med et internationalt hold af forskere om videreudvikling af FinFET-teknologien, herunder TSMC’s Chenming Hu og forskellige forskere fra UC Berkeley. I 1998 lykkedes det holdet at fremstille enheder ned til en 17 nm-proces. Senere udviklede de en 15 nm FinFET-proces i 2001. I 2002 demonstrerede et internationalt hold af forskere på UC Berkeley, herunder Shibly Ahmed (Bangladesh), Scott Bell, Cyrus Tabery (Iran), Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) og Tsu-Jae King Liu, FinFET-enheder ned til 10 nm gate-længde.

I 2005 demonstrerede Toshiba en 15 nm FinFET-proces med 15 nm gate-længde og 10 nm finnebredde ved hjælp af en sidewall spacer-proces. Det er blevet foreslået, at en logisk transistor i 16 nm-knudepunktet vil have en gate-længde på ca. 5 nm. I december 2007 demonstrerede Toshiba en prototype af en hukommelsesenhed, der anvendte 15 nanometer tynde linjer.

I december 2009 producerede National Nano Device Laboratories, der ejes af den taiwanske regering, en 16 nm SRAM-chip.

I september 2011 meddelte Hynix, at der var udviklet 15 nm NAND-celler.

I december 2012 tapede Samsung Electronics en 14 nm chip ud.

I september 2013 demonstrerede Intel en bærbar Ultrabook-computer, der anvendte en 14 nm Broadwell CPU, og Intels administrerende direktør Brian Krzanich sagde, ” vil blive leveret inden udgangen af dette år.” Forsendelsen blev dog yderligere forsinket til 4. kvartal 2014.

I august 2014 annoncerede Intel detaljer om 14 nm-mikroarkitekturen for sine kommende Core M-processorer, det første produkt, der skal fremstilles på Intels 14 nm-fremstillingsproces. De første systemer baseret på Core M-processoren skulle blive tilgængelige i 4. kvartal 2014 – ifølge pressemeddelelsen. “Intels 14 nanometer-teknologi anvender anden generation af tri-gate-transistorer til at levere branchens førende ydeevne, effekt, tæthed og omkostninger pr. transistor”, siger Mark Bohr, Intel senior fellow, Technology and Manufacturing Group, og direktør for Process Architecture and Integration.

I 2018 blev der annonceret en mangel på 14 nm fab-kapacitet af Intel.

Forsendelse af enhederRediger

I 2013 begyndte SK Hynix masseproduktion af 16 nm NAND-flash, TSMC begyndte 16 nm FinFET-produktion, og Samsung begyndte produktion af NAND-flash i 10 nm-klassen.

Den 5. september 2014 lancerede Intel de første tre Broadwell-baserede processorer, der hørte til Core M-familien med lav TDP: Core M-5Y10, Core M-5Y10a og Core M-5Y70.

I februar 2015 meddelte Samsung, at deres flagskibssmartphones, Galaxy S6 og S6 Edge, ville være udstyret med 14 nm Exynos-systemer på chip (SoC’er).

Den 9. marts 2015 lancerede Apple Inc. “Early 2015” MacBook og MacBook Pro, som benyttede 14 nm Intel-processorer. Bemærkelsesværdig er i7-5557U, som har Intel Iris Graphics 6100 og to kerner, der kører med 3,1 GHz og kun bruger 28 watt.

Den 25. september 2015 udgav Apple Inc. IPhone 6S og iPhone 6S Plus, som er udstyret med A9-chips i “desktop-klassen”, der er fremstillet i både 14 nm af Samsung og 16 nm af TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).

I maj 2016 lancerede Nvidia sine GPU’er i GeForce 10-serien baseret på Pascal-arkitekturen, som inkorporerer TSMC’s 16 nm FinFET-teknologi og Samsungs 14 nm FinFET-teknologi.

I juni 2016 lancerede AMD sine Radeon RX 400 GPU’er baseret på Polaris-arkitekturen, som inkorporerer 14 nm FinFET-teknologi fra Samsung. Teknologien blev licenseret til GlobalFoundries med henblik på dual sourcing.

Den 2. august 2016 udgav Microsoft Xbox One S, som benyttede 16 nm fra TSMC.

Den 2. marts 2017 udgav AMD sine Ryzen CPU’er baseret på Zen-arkitekturen, der inkorporerer 14 nm FinFET-teknologi fra Samsung, som blev licenseret til GlobalFoundries, så GlobalFoundries kunne bygge den.

Den NEC SX-Aurora TSUBASA-processor, der blev introduceret i oktober 2017, anvender en 16 nm FinFET-proces fra TSMC og er designet til brug i NEC SX-supercomputere.

Den 22. juli 2018 annoncerede GlobalFoundries deres 12 nm Leading-Performance (12LP)-proces, der er baseret på en 14LP-proces fra Samsung, som er licenseret.

I september 2018 frigav Nvidia GPU’er baseret på deres Turing (mikroarkitektur), som blev fremstillet på TSMC’s 12nm-proces og har en transistortæthed på 24,67 millioner transistorer pr. kvadratmilimeter.