BackgroundEdit

La base per la fabbricazione sub-20 nm è il FinFET (Fin field-effect transistor), un’evoluzione del transistor MOSFET. La tecnologia FinFET è stata sperimentata da Digh Hisamoto e dal suo team di ricercatori dell’Hitachi Central Research Laboratory nel 1989.

La risoluzione di 14 nm è difficile da ottenere in una resistenza polimerica, anche con la litografia a fascio elettronico. Inoltre, gli effetti chimici delle radiazioni ionizzanti limitano anche la risoluzione affidabile a circa 30 nm, che è anche raggiungibile utilizzando l’attuale litografia a immersione di ultima generazione. Sono necessari materiali hardmask e patterning multipli.

Una limitazione più significativa deriva dai danni del plasma ai materiali low-k. L’estensione del danno è tipicamente di 20 nm, ma può anche arrivare a circa 100 nm. Ci si aspetta che la sensibilità ai danni peggiori man mano che i materiali low-k diventano più porosi. Per confronto, il raggio atomico di un silicio non vincolato è di 0,11 nm. Così circa 90 atomi di Si si estenderebbero sulla lunghezza del canale, portando a perdite sostanziali.

Tela Innovations e Sequoia Design Systems hanno sviluppato una metodologia che permette la doppia esposizione per il nodo 16/14 nm circa 2010. Samsung e Synopsys hanno anche iniziato a implementare il doppio patterning nei flussi di progettazione da 22 nm e 16 nm. Mentor Graphics ha riferito di aver realizzato chip di prova a 16 nm nel 2010. Il 17 gennaio 2011, IBM ha annunciato che stava collaborando con ARM per sviluppare la tecnologia di elaborazione dei chip a 14 nm.

Il 18 febbraio 2011, Intel ha annunciato che avrebbe costruito un nuovo impianto di produzione di semiconduttori da 5 miliardi di dollari in Arizona, progettato per produrre chip utilizzando i processi di produzione a 14 nm e wafer da 300 mm all’avanguardia. Il nuovo impianto di fabbricazione sarebbe stato chiamato Fab 42, e la costruzione sarebbe dovuta iniziare a metà del 2011. Intel ha pubblicizzato il nuovo impianto come “il più avanzato impianto di produzione ad alto volume del mondo” e ha detto che sarebbe entrato in funzione nel 2013. Intel ha poi deciso di rimandare l’apertura di questo impianto e di aggiornare invece le sue strutture esistenti per supportare i chip a 14-nm. Il 17 maggio 2011, Intel ha annunciato una tabella di marcia per il 2014 che includeva transistor a 14 nm per le sue linee di prodotti Xeon, Core e Atom.

Dimostrazioni tecnologicheModifica

Alla fine degli anni ’90, il team giapponese di Hisamoto dell’Hitachi Central Research Laboratory ha iniziato a collaborare con un team internazionale di ricercatori per sviluppare ulteriormente la tecnologia FinFET, compreso Chenming Hu di TSMC e vari ricercatori della UC Berkeley. Nel 1998, il team ha fabbricato con successo dispositivi fino a un processo di 17 nm. Successivamente hanno sviluppato un processo FinFET da 15 nm nel 2001. Nel 2002, un team internazionale di ricercatori della UC Berkeley, tra cui Shibly Ahmed (Bangladesh), Scott Bell, Cyrus Tabery (iraniano), Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), e Tsu-Jae King Liu, ha dimostrato dispositivi FinFET fino a 10 nm di lunghezza del gate.

Nel 2005, Toshiba ha dimostrato un processo FinFET da 15 nm, con una lunghezza del gate di 15 nm e una larghezza delle alette di 10 nm, utilizzando un processo di distanziamento laterale. È stato suggerito che per il nodo da 16 nm, un transistor logico avrebbe una lunghezza di gate di circa 5 nm. Nel dicembre 2007, Toshiba ha dimostrato un prototipo di unità di memoria che utilizzava linee sottili da 15 nm.

Nel dicembre 2009, National Nano Device Laboratories, di proprietà del governo di Taiwan, ha prodotto un chip SRAM da 16 nm.

Nel settembre 2011, Hynix ha annunciato lo sviluppo di celle NAND da 15 nm.

Nel dicembre 2012, Samsung Electronics ha registrato un chip da 14 nm.

Nel settembre 2013, Intel ha dimostrato un computer portatile Ultrabook che utilizzava una CPU Broadwell da 14 nm, e il CEO di Intel Brian Krzanich ha detto: “sarà spedito entro la fine di quest’anno”. Tuttavia, la spedizione è stata ulteriormente ritardata fino al quarto trimestre 2014.

Nell’agosto 2014, Intel ha annunciato i dettagli della microarchitettura a 14 nm per i suoi prossimi processori Core M, il primo prodotto ad essere fabbricato sul processo produttivo a 14 nm di Intel. I primi sistemi basati sul processore Core M dovevano diventare disponibili nel Q4 2014 – secondo il comunicato stampa. “La tecnologia a 14 nanometri di Intel utilizza transistor tri-gate di seconda generazione per offrire prestazioni, potenza, densità e costi per transistor leader nel settore”, ha detto Mark Bohr, Intel senior fellow, Technology and Manufacturing Group, e direttore, Process Architecture and Integration.

Nel 2018 è stata annunciata da Intel una carenza di capacità fab a 14 nm.

Dispositivi di spedizioneModifica

Nel 2013, SK Hynix ha iniziato la produzione di massa di 16 nm NAND flash, TSMC ha iniziato la produzione di 16 nm FinFET, e Samsung ha iniziato la produzione di NAND flash di classe 10 nm.

Il 5 settembre 2014, Intel ha lanciato i primi tre processori basati su Broadwell appartenenti alla famiglia Core M a basso TDP: Core M-5Y10, Core M-5Y10a, e Core M-5Y70.

Nel febbraio 2015, Samsung ha annunciato che i suoi smartphone di punta, il Galaxy S6 e S6 Edge, sarebbero stati dotati di sistemi Exynos su chip (SoC) a 14 nm.

Il 9 marzo 2015, Apple Inc. ha rilasciato i MacBook e MacBook Pro “Early 2015”, che hanno utilizzato processori Intel a 14 nm. Degno di nota è l’i7-5557U, che ha Intel Iris Graphics 6100 e due core che funzionano a 3,1 GHz, utilizzando solo 28 watt.

Il 25 settembre 2015, Apple Inc. ha rilasciato l’IPhone 6S e iPhone 6S Plus, che sono dotati di chip A9 di “classe desktop” che sono fabbricati sia a 14 nm da Samsung che a 16 nm da TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).

Nel maggio 2016, Nvidia ha rilasciato le sue GPU della serie GeForce 10 basate sull’architettura Pascal, che incorpora la tecnologia FinFET a 16 nm di TSMC e quella a 14 nm di Samsung.

Nel giugno 2016, AMD ha rilasciato le sue GPU Radeon RX 400 basate sull’architettura Polaris, che incorpora la tecnologia FinFET a 14 nm di Samsung. La tecnologia è stata concessa in licenza a GlobalFoundries per il dual sourcing.

Il 2 agosto 2016, Microsoft ha rilasciato la Xbox One S, che ha utilizzato 16 nm di TSMC.

Il 2 marzo 2017, AMD ha rilasciato le sue CPU Ryzen basate sull’architettura Zen, che incorpora la tecnologia FinFET a 14 nm di Samsung che è stata concessa in licenza a GlobalFoundries per la costruzione.

Il processore NEC SX-Aurora TSUBASA, introdotto nell’ottobre 2017, utilizza un processo FinFET a 16 nm di TSMC ed è progettato per l’uso con i supercomputer NEC SX.

Il 22 luglio 2018, GlobalFoundries ha annunciato il suo processo 12nm Leading-Performance (12LP), basato su un processo 14LP su licenza di Samsung.

A settembre 2018 Nvidia ha rilasciato le GPU basate sulla loro Turing (microarchitettura), che sono state realizzate sul processo a 12nm di TSMC e hanno una densità di transistor di 24,67 milioni di transistor per milimetro quadrato.