AchtergrondEdit

De basis voor sub-20 nm fabricage is de FinFET (Fin field-effect transistor), een evolutie van de MOSFET transistor. De FinFET-technologie werd in 1989 ontwikkeld door Digh Hisamoto en zijn team van onderzoekers bij het Hitachi Central Research Laboratory.

14 nm resolutie is moeilijk te bereiken in een polymere resist, zelfs met elektronenbundellithografie. Bovendien beperken de chemische effecten van ioniserende straling ook een betrouwbare resolutie tot ongeveer 30 nm, die ook haalbaar is met de huidige geavanceerde immersielithografie. Hardmaskermaterialen en meervoudige patronen zijn vereist.

Een belangrijkere beperking komt van plasmaschade aan low-k materialen. De omvang van de schade is typisch 20 nm, maar kan ook oplopen tot ongeveer 100 nm. Verwacht wordt dat de schadegevoeligheid zal toenemen naarmate de low-k materialen poreuzer worden. Ter vergelijking: de atomaire straal van een ongedefinieerd silicium is 0,11 nm. Ongeveer 90 Si atomen zouden dus de kanaallengte overspannen, hetgeen tot aanzienlijke lekkage zou leiden.

Tela Innovations en Sequoia Design Systems hebben rond 2010 een methode ontwikkeld die dubbele belichting mogelijk maakt voor het 16/14 nm knooppunt. Samsung en Synopsys zijn ook begonnen met het implementeren van double patterning in 22 nm en 16 nm design flows. Mentor Graphics maakte melding van het uittappen van 16 nm testchips in 2010. Op 17 januari 2011 kondigde IBM aan dat het ging samenwerken met ARM om 14-nm-chipverwerkingstechnologie te ontwikkelen.

Op 18 februari 2011 kondigde Intel aan dat het een nieuwe halfgeleiderfabriek van 5 miljard dollar zou bouwen in Arizona, ontworpen om chips te produceren met gebruikmaking van 14-nm-productieprocessen en toonaangevende 300-mm-wafers. De nieuwe productiefabriek zou Fab 42 gaan heten en de bouw zou medio 2011 van start gaan. Intel prijst de nieuwe faciliteit aan als “de meest geavanceerde faciliteit ter wereld voor de fabricage van grote volumes” en zegt dat deze in 2013 in gebruik zou worden genomen. Intel heeft sindsdien besloten de opening van deze faciliteit uit te stellen en in plaats daarvan zijn bestaande faciliteiten te upgraden om 14-nm-chips te ondersteunen. Op 17 mei 2011 kondigde Intel een routekaart voor 2014 aan die 14 nm-transistors voor hun Xeon-, Core- en Atom-productlijnen omvatte.

Technologiedemo’sEdit

In de late jaren negentig begon Hisamoto’s Japanse team van Hitachi Central Research Laboratory samen te werken met een internationaal team van onderzoekers aan de verdere ontwikkeling van FinFET-technologie, waaronder TSMC’s Chenming Hu en verschillende UC Berkeley-onderzoekers. In 1998 vervaardigde het team met succes elementen tot een 17 nm proces. Later, in 2001, ontwikkelden zij een 15 nm FinFET-proces. In 2002 demonstreerde een internationaal team van onderzoekers van UC Berkeley, waaronder Shibly Ahmed (Bangladesh), Scott Bell, Cyrus Tabery (Iraniër), Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), en Tsu-Jae King Liu, FinFET-apparaten tot een poortengte van 10 nm.

In 2005 demonstreerde Toshiba een 15 nm FinFET-proces, met een poortengte van 15 nm en een vinbreedte van 10 nm, met gebruikmaking van een zijwandafstandsproces. Er is geopperd dat voor het 16 nm-knooppunt een logische transistor een poortlengte van ongeveer 5 nm zou hebben. In december 2007 demonstreerde Toshiba een prototype geheugeneenheid die gebruik maakte van 15 nm dunne lijnen.

In december 2009 produceerde National Nano Device Laboratories, eigendom van de Taiwanese regering, een 16 nm SRAM-chip.

In september 2011 kondigde Hynix de ontwikkeling aan van 15 nm NAND-cellen.

In december 2012 tapte Samsung Electronics een 14 nm-chip uit.

In september 2013 demonstreerde Intel een Ultrabook-laptop die een 14 nm Broadwell CPU gebruikte, en Intel CEO Brian Krzanich zei: ” zal tegen het einde van dit jaar worden verscheept.” De verzending werd echter verder uitgesteld tot Q4 2014.

In augustus 2014 kondigde Intel details aan van de 14 nm-microarchitectuur voor zijn aankomende Core M-processoren, het eerste product dat op Intels 14 nm-productieproces zal worden vervaardigd. De eerste systemen op basis van de Core M-processor zouden in het vierde kwartaal van 2014 beschikbaar komen – aldus het persbericht. “Intels 14 nanometer-technologie maakt gebruik van tri-gate transistors van de tweede generatie om toonaangevende prestaties, vermogen, dichtheid en kosten per transistor te leveren”, aldus Mark Bohr, Intel senior fellow, Technology and Manufacturing Group, en directeur, Process Architecture and Integration.

In 2018 werd een tekort aan 14 nm fab-capaciteit aangekondigd door Intel.

Verzenden van apparatenEdit

In 2013 begon SK Hynix met de massaproductie van 16 nm NAND-flash, begon TSMC met de productie van 16 nm FinFET, en begon Samsung met de productie van 10 nm klasse NAND-flash.

Op 5 september 2014 lanceerde Intel de eerste drie op Broadwell gebaseerde processors die behoorden tot de Core M-familie met een laag TDP: Core M-5Y10, Core M-5Y10a, en Core M-5Y70.

In februari 2015 kondigde Samsung aan dat hun vlaggenschip-smartphones, de Galaxy S6 en S6 Edge, zouden zijn voorzien van 14 nm Exynos systems on chip (SoC’s).

Op 9 maart 2015 bracht Apple Inc. de “Early 2015” MacBook en MacBook Pro uit, die gebruikmaakten van 14 nm Intel-processoren. Opvallend is de i7-5557U, die beschikt over Intel Iris Graphics 6100 en twee cores die draaien op 3,1 GHz en slechts 28 watt verbruiken.

Op 25 september 2015 bracht Apple Inc. de IPhone 6S en iPhone 6S Plus uit, die zijn uitgerust met “desktopklasse” A9-chips die zowel in 14 nm door Samsung als in 16 nm door TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) zijn gefabriceerd.

In mei 2016 bracht Nvidia zijn GeForce 10-serie GPU’s uit op basis van de Pascal-architectuur, waarin TSMC’s 16 nm FinFET-technologie en Samsung’s 14 nm FinFET-technologie is verwerkt.

In juni 2016 bracht AMD zijn Radeon RX 400 GPU’s uit op basis van de Polaris-architectuur, waarin 14 nm FinFET-technologie van Samsung is verwerkt. De technologie werd in licentie gegeven aan GlobalFoundries voor dual sourcing.

Op 2 augustus 2016 bracht Microsoft de Xbox One S uit, die 16 nm van TSMC gebruikte.

Op 2 maart 2017 bracht AMD zijn Ryzen CPU’s uit op basis van de Zen-architectuur, waarin 14 nm FinFET-technologie van Samsung is verwerkt, die in licentie werd gegeven aan GlobalFoundries om te bouwen.

De NEC SX-Aurora TSUBASA-processor, geïntroduceerd in oktober 2017, maakt gebruik van een 16 nm FinFET-proces van TSMC en is ontworpen voor gebruik met NEC SX supercomputers.

Op 22 juli 2018 kondigde GlobalFoundries hun 12 nm Leading-Performance (12LP) proces aan, gebaseerd op een gelicentieerd 14 nm proces van Samsung.

In september 2018 bracht Nvidia GPU’s uit op basis van hun Turing (microarchitectuur), die zijn gemaakt op het 12nm-proces van TSMC en een transistordichtheid hebben van 24,67 miljoen transistors per vierkante milimeter.