BakgrundRedigera

Basen för tillverkning under 20 nm är FinFET (Fin field-effect transistor), en utveckling av MOSFET-transistorn. FinFET-tekniken var pionjär av Digh Hisamoto och hans forskargrupp vid Hitachi Central Research Laboratory 1989.

En upplösning på 14 nm är svår att uppnå i ett polymerresist, till och med med med elektronstrålelitografi. Dessutom begränsar de kemiska effekterna av joniserande strålning också den tillförlitliga upplösningen till cirka 30 nm, vilket också är möjligt att uppnå med hjälp av den nuvarande toppmoderna immersionslitografin. Det krävs hårda maskmaterial och flera mönsterbildningar.

En mer betydande begränsning kommer från plasmaskador på låg-k-material. Skadornas omfattning är vanligtvis 20 nm tjock, men kan också gå upp till cirka 100 nm. Skadekänsligheten förväntas bli värre i takt med att låg-k-materialen blir mer porösa. Som jämförelse kan nämnas att atomradien för ett obegränsat kisel är 0,11 nm. Således skulle cirka 90 Si-atomer spänna över kanallängden, vilket skulle leda till betydande läckage.

Tela Innovations och Sequoia Design Systems har utvecklat en metodik som möjliggör dubbel exponering för 16/14 nm-noden omkring 2010. Samsung och Synopsys har också börjat genomföra dubbel mönstring i konstruktionsflöden för 22 nm och 16 nm. Mentor Graphics rapporterade att man under 2010 tog fram testchip i 16 nm. Den 17 januari 2011 meddelade IBM att de samarbetar med ARM för att utveckla teknik för bearbetning av 14 nm-chip.

Den 18 februari 2011 meddelade Intel att man kommer att bygga en ny fabrik för tillverkning av halvledare i Arizona till en kostnad av 5 miljarder dollar, som är utformad för att tillverka chip med hjälp av 14 nm-tillverkningsprocesser och ledande 300 mm-skivor. Den nya tillverkningsanläggningen skulle få namnet Fab 42 och byggandet var tänkt att starta i mitten av 2011. Intel presenterade den nya anläggningen som ”den mest avancerade, högvolymtillverkningsanläggningen i världen” och sade att den skulle tas i drift 2013. Intel har sedan dess beslutat att skjuta upp öppnandet av denna anläggning och i stället uppgradera sina befintliga anläggningar för att stödja 14-nm-chips. Den 17 maj 2011 tillkännagav Intel en färdplan för 2014 som inkluderade 14 nm transistorer för deras produktlinjer Xeon, Core och Atom.

TeknikdemonstrationerRedigera

I slutet av 1990-talet inledde Hisamotos japanska team från Hitachi Central Research Laboratory ett samarbete med ett internationellt forskarlag för att vidareutveckla FinFET-tekniken, bland annat med TSMC:s Chenming Hu och olika forskare från UC Berkeley. År 1998 lyckades teamet framgångsrikt tillverka enheter med en process på 17 nm. Senare utvecklade de en 15 nm FinFET-process 2001. År 2002 demonstrerade en internationell grupp forskare vid UC Berkeley, däribland Shibly Ahmed (Bangladesh), Scott Bell, Cyrus Tabery (Iran), Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) och Tsu-Jae King Liu, FinFET-enheter med en grindlängd på ned till 10 nm.

År 2005 demonstrerade Toshiba en FinFET-process på 15 nm, med en grindlängd på 15 nm och en lamellbredd på 10 nm, med hjälp av en sidewall spacer-process. Det har föreslagits att en logisk transistor för 16 nm-noden skulle ha en grindlängd på cirka 5 nm. I december 2007 demonstrerade Toshiba en prototyp av en minnesenhet som använde 15 nanometers tunna linjer.

I december 2009 producerade National Nano Device Laboratories, som ägs av den taiwanesiska regeringen, ett 16 nm SRAM-chip.

I september 2011 meddelade Hynix att man utvecklat 15 nm NAND-celler.

I december 2012 tog Samsung Electronics fram ett 14 nm-chip.

I september 2013 demonstrerade Intel en bärbar Ultrabook som använde en 14 nm Broadwell-processor, och Intels vd Brian Krzanich sa att ” kommer att levereras i slutet av året”. Leveransen försenades dock ytterligare till fjärde kvartalet 2014.

I augusti 2014 tillkännagav Intel detaljer om 14 nm-mikroarkitekturen för sina kommande Core M-processorer, den första produkten som tillverkas på Intels 14 nm-tillverkningsprocess. De första systemen baserade på Core M-processorn skulle bli tillgängliga under Q4 2014 – enligt pressmeddelandet. ”Intels 14 nanometerteknik använder andra generationens tri-gate-transistorer för att leverera branschledande prestanda, effekt, täthet och kostnad per transistor”, säger Mark Bohr, Intels senior fellow, Technology and Manufacturing Group, och chef för Process Architecture and Integration.

Under 2018 meddelade Intel att det råder brist på 14 nm fabrikskapacitet.

Leverans av enheterRedigera

Under 2013 inledde SK Hynix massproduktion av 16 nm NAND flash, TSMC inledde 16 nm FinFET-produktion och Samsung inledde produktion av NAND flash i 10 nm-klassen.

Den 5 september 2014 lanserade Intel de tre första Broadwell-baserade processorerna som tillhörde Core M-familjen med låg teknisk utvecklingsnivå: Core M-5Y10, Core M-5Y10a och Core M-5Y70.

I februari 2015 meddelade Samsung att deras flaggskeppssmartphones, Galaxy S6 och S6 Edge, skulle vara utrustade med 14 nm Exynos-system på chip (SoC).

Den 9 mars 2015 släppte Apple Inc. ”Early 2015” MacBook och MacBook Pro, som använde 14 nm Intel-processorer. Noterbart är i7-5557U, som har Intel Iris Graphics 6100 och två kärnor som körs på 3,1 GHz och använder endast 28 watt.

Den 25 september 2015 släppte Apple Inc. IPhone 6S och iPhone 6S Plus, som är utrustade med A9-chip i ”skrivbordsklass” som tillverkas i både 14 nm av Samsung och 16 nm av TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).

I maj 2016 släppte Nvidia sina GPU:er i GeForce 10-serien baserade på Pascal-arkitekturen, som innehåller TSMC:s 16 nm FinFET-teknik och Samsungs 14 nm FinFET-teknik.

I juni 2016 släppte AMD sina GPU:er i Radeon RX 400-serien baserade på Polaris-arkitekturen, som innehåller 14 nm FinFET-teknik från Samsung. Tekniken licensierades till GlobalFoundries för dual sourcing.

Den 2 augusti 2016 släppte Microsoft Xbox One S, som använde 16 nm från TSMC.

Den 2 mars 2017 släppte AMD sina Ryzen CPU:er baserade på Zen-arkitekturen, som innehåller 14 nm FinFET-teknik från Samsung, som licensierades till GlobalFoundries för att GlobalFoundries skulle bygga.

Den NEC SX-Aurora TSUBASA-processor som lanserades i oktober 2017 använder en 16 nm FinFET-process från TSMC och är utformad för användning i NEC SX superdatorer.

Den 22 juli 2018 tillkännagav GlobalFoundries sin 12 nm Leading-Performance-process (12LP), baserad på en licensierad 14LP-process från Samsung.

I september 2018 släppte Nvidia GPU:er baserade på deras Turing (mikroarkitektur), som tillverkades på TSMC:s 12nm-process och har en transistortäthet på 24,67 miljoner transistorer per kvadratmillimeter.