45nm远不是极限！神秘的处理器制程工艺

后45nm时代的新特点都有哪些？

现在，业界已经进入了45nm时代，而按照Intel Tick-Tock的发展理论，今年Intel将对生产工艺进行改进，从45nm转入32nm。那么在后45nm时代，芯片制造都有哪些新的特点呢？

难产的下一代光源——EUV

EUV的光刻机结构和原理

一直以来，Intel的工程师都在研发使用波长仅有13.5nm的EUV(Extreme UltraViolet，极紫外光)作为光刻光源。不过每次改变光源，还必须更换上和新光源相兼容的透镜系统、光刻胶等部分，相当于一次系统大换血。而由于13.5nm的EUV相对目前的193nm激光跨度太大，相关的配套部件研发相当困难，所以被Intel寄予厚望的EUV技术的使用日程不得不从65nm跳票至32nm之后。

低温特性

从物理学课本上我们知道金属导体的电阻会随着温度的变化而变化。大部分金属材料温度越低，电阻越小。于是在很多超频比赛中，很多玩家都使用液氮(-170℃)来给芯片降温。

不过很多玩家发现在对英特尔第一代45nm处理器Core 2 Extreme QX9650进行低温超频时，当温度低于-88℃时，部分CPU会自动断电造成超频失败。这其中的原因极有可能是CPU在设计验证时没有考虑45nm的特殊低温特性(Intel方面没有给予官方证实)。

一般说来，在芯片制造前，会利用MOS管在不同工艺参数条件下的表现对芯片进行仿真，以求保证在MOS管速度快和慢情况下芯片都能够正常工作。45nm工艺条件下，MOS管的延迟在温度降低到一定程度时又增加了。如果在设计时没有考虑到这个特点，终制造出来的芯片在极低温度下就可能出现工作异常。

业界洗牌

随着集成电路工艺更新到45nm，整个集成电路工业也开始新一轮洗牌。以上提到的High-K、沉浸式光刻虽然从技术角度上成功地被投入使用，但应用这些新技术却要求更大的投资：一台45nm沉浸式光刻机报价已超过6000万美元，而一条45nm生产线需要超过20台光刻机；符合45nm工艺生产的超净厂房和配套设备(超纯水、气体、排污净化等)需要投资超过5亿美元；Intel首个45nm厂房Fab32投资30亿美元，从其他工艺升级到45nm也需要投入20亿美元左右(据悉，EUV迟迟不能投入生产的大原因就是极高的生产成本完全抵消了利润)。

在130nm工艺时代，全球有超过20家(阵营)公司能够进行芯片生产，但是由于之后越来越高的研发生产成本，使得目前跨入45nm半导体生产的仅有三大阵营：财大气粗的Intel：Intel每次都能在工艺升级上走在业界前列。据报道，Intel将在2010年导入更先进的32nm Westmere架构处理器，将首次运用沉浸式光刻和第二代High-K金属栅工艺制造CPU部分，并同45nm的图形处理器封装在一块基板上。

IBM、特许半导体(新加坡)、AMD、Samsung、中芯国际阵营：凭借IBM在半导体领域强大的研发实力和参与厂商的资金技术支持也能赶上摩尔定律的发展速度。AMD将在2010年导入32nm和
High-K金属栅工艺，并将首次使用自己制造CPU的工厂(位于德国的德累斯顿)代工GPU。这将给未来的Raedon显卡带来多大的性能提升，全世界都拭目以待。

台积电和联电：因为专注代工和众多的合作伙伴，也搭上了45nm的末班车。不过技术能力较前两阵营稍显薄弱，其45nm既无SOI技术，也无High-K技术，因此无法兼顾高频和高性能。目前代工双雄仅发布了45nm低功耗解决方案，高性能解决方案还需时日。

其它曾经如雷贯耳的半导体企业如今面对技术升级的巨额费用和金融危机，都或多或少地表现出举步维艰的困境：剥离于德国英飞凌(Infineon)的奇梦达(Qimonda)已经申请破产；宝岛台湾的南亚(力晶)、茂德已经寻求政府救助，否则很难维持经营；富有“日本IBM”之称的富士通已经将半导体部门分拆出去，寻找合资方以谋出路……

未来，大者恒强是竞争残酷的集成电路市场永恒的定律。

65nm到45nm，从技术含量上来说，这次工艺升级是革命性的，因为应用了全新材料组成的新型晶体管(高-K金属栅极晶体管)，而且我们会在32nm工艺上使用第二代高-K金属栅极晶体管。

赵军 英特尔资深架构经理 中国区产品市场部

至于为什么在45nm上没有应用SOI技术，Intel的技术人员也有多方面的考虑——SOI技术的成品率不容易控制，会增加硅晶圆的成本。如果有更好的方案来达到更佳的效果，那么就没有必要使用SOI技术。事实上，我们与IBM在半导体方面有很多合作，当然也有一定的竞争。

虽然我个人并不完全赞同作者的一些评论，但并不妨碍我对这篇文章的整体评价——这是一篇非常值得一读的介绍半导体新工艺和技术的好文章，希望你读了之后也推荐给身边对半导体感兴趣的朋友们。

写在后

关于后45nm时代，其实还有很多可圈可点的地方，像是光学透镜的升级、光刻胶的优化、两次曝光技术等等，写成一本书也不足为奇。以笔者的经验和工作阅历实在不敢贪大求全，以免贻笑大方。这里仅列举出一些45nm中标志性的新特点简单描述一下，以期给更多的读者稍微直观的解释和深入的介绍。

后，向那些工作在幕后的科学家、工程师们表示由衷的敬意，正是他们辛勤、不懈和默默无闻的工作才使得摩尔定律能够一直向前发展。而让我们欣慰的是中芯国际(SMIC)也挤进了45nm阵营，这说明了我们国家自己的技术能力和积累已经获得国际同行的认可，相信凭借今后我们的努力，还会有更多的成果出自我们中国人之手。说不定，这其中就有正在看MC的你呢！