未来cpu的制作工艺.ppt

CPU的发展史也可以看作是制作工艺的发展史。如果想要提高CPU的性能，那么更高的频率、更先进的核心以及更优秀的缓存架构都是不可或缺的，而此时自然也需要以制作工艺作为保障。几乎每一次制作工艺的改进都能为CPU发展带来最强大的源动力，无论是Intel还是AMD，制作工艺都是发展蓝图中的重中之重。要讨论未来CPU的制作工艺，就必须对现有工艺有所了解，才能在此基础上对未来的制作工艺做出合理的猜想。 1．制作工艺的重要性 早期的微处理器都是使用0.5微米工艺制造出来的，随着CPU频率的增加，原有的工艺已无法满足产品的要求，这样便出现了0.35微米以及0.25微米工艺，不久以后，0.18微米、0.13微米以及90纳米制造的处理器产品也相继面世。另外一方面，早期芯片内部都是使用铝作为导体，但是由于芯片速度的提高，芯片面积的缩小，铝线已经接近其物理性能极限，所以芯片制造厂商必须找出更好的能够代替铝导线的新的技术，这便是我们常说的铜导技术。铜导线与铝导线相比，有很大的优势，具体表现在其导电性要优于铝，而且电阻小，所以发热量也要小于现在所使用的铝，从而可以有效地提高芯片的稳定性。 首次采用0.35微米工艺的Pentium让人记忆犹新 光刻蚀是目前CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤，其过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕，由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格，需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜，刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程，设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量，而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步。制作工艺对于光刻蚀的影响十分巨大，这也就是CPU制造商疯狂追求制作工艺的最终原因。 我们通常所说的CPU纳米制作工艺并非是加工生产线，实际上指的是一种工艺尺寸，代表在一块硅晶圆片上集成所数以万计的晶体管之间的连线宽度。按技术述语来说，也就是指芯片上最基本功能单元门电路和门电路间连线的宽度。以90纳米制造工艺为例，此时门电路间的连线宽度为90纳米。我们知道，1微米相当于1/60头发丝大小，经过计算我们可以算出，0.045微米（45纳米）相当于1/1333头发丝大小。可别小看这1/1333头发丝大小，这微小的连线宽度决定了CPU的实际性能，CPU生产厂商为此不遗余力地减小晶体管间的连线宽度，以提高在单位面积上所集成的晶体管数量。采用45纳米制造工艺之后，与65纳米工艺相比，绝对不是简单地令连线宽度减少了20纳米，而是芯片制造工艺上的一个质的飞跃。 2．光刻蚀与45纳米制作工艺 3．第三代单轴应变硅隧道 Intel在启用45纳米制作工艺时还引入了极为重要的改进型SOI变形硅技术，也就是第三代单轴应变硅隧道，这对于更好地改善电气性能有着极大的帮助。CPU所集成的晶体管是一个小开关，决定了电流的通与断，而在现实世界中，我们无法完全地控制电流，必须借助一些附加技术。SOI（Silicon-on-insulator，绝缘体硅片）就是为了防止泄漏电流和停止电流活动而设计的，变形硅则刚好相反，是为了驱动电流流动而设计的。事实上，SOI 与变形硅技术总是需要同时使用。 　　第三代单轴应变硅隧道将待变形硅片放在一种特殊的硅锗底基上，这种硅锗底基的原子间距离比待变形硅片原子间距离大，受底基原子作用，硅片中的原子也将向外运动，彼此间拉开距离，从而减少对电流的阻力。SOI变形硅有效地扩展了晶体管通道区域，把硅直接放到底层的顶部，可以预留更多的空间，更好地扩展到底层上，使上面的硅原子直接和低层相匹配，延伸硅元素到合适的通道中。硅原子有更多的空间后，电阻减少了，增加了电流通过的数量。最终结果是使电流流动强度提高了10～15%，或者使当前的电流更加顺畅，从而提高了晶体管的运行速度，提高了芯片的工作频率。 Intel展示45纳米工艺的晶元 　　 制作工艺对于CPU微处理器的重要性不言而喻，无论是提高主频还是集成更多的缓存又或是改进新的核心，这些都需要更为强大的制作工艺作为支撑。一代又一代的微处理器发展史几乎可以看作是制作工艺的发展史。进入90纳米时代之后，业界一度停止发展的脚步，其中晶体管漏电便是主要原因之一。如果无法彻底解决这一问题，那么今后微处理器的发展之路将会布满荆棘。 晶体管连线宽度在90纳米后出现危机。 我们通常所说的CPU纳米制作工艺并非是加工生产线，实际上指的是一种工艺尺寸，代表在一块硅晶圆片上集成所数以万计的晶体管之间的连线宽度。按技术述语来说，也就是指芯片上最基本功能单元门电路和门电路间连线的宽度。以90纳米制造工艺为例，此时门电路间的连线