Las impresionantes capacidades del proceso de fabricación y los recursos fabulosos de Intel son bien conocidos en toda la industria. De hecho, la mayoría diría que su destreza en la fabricación ha jugado un papel importante en el éxito de la empresa. Han tenido muchas “primicias” a lo largo de los años debido a los avances en los procesos, el más reciente de los cuales fue su exitoso cruce de producción en masa de 90 nm a 65 nm. Debido a ese éxito, Intel ya ha enviado millones de procesadores fabricados a 65 nm.
Hoy, Intel anuncia un avance que afectará a los productos futuros programados para ser fabricados utilizando el proceso de 45 nm aún más avanzado de la compañía. Un problema importante que se vuelve más significativo a medida que los procesos de fabricación se reducen es la fuga de corriente. La fuga ocurre a través de múltiples partes de un semiconductor, pero una de las situaciones más problemáticas ocurre cuando la corriente no deseada fluye a través del dieléctrico de la puerta en un transistor. Idealmente, el dieléctrico de la puerta actuaría como un aislante perfecto. Pero debido a que se hace cada vez más delgado a medida que avanzan los procesos de fabricación y las geometrías del troquel continúan encogiéndose, la corriente se filtra a través del dieléctrico de la compuerta. En el proceso de 65 nm de Intel, solo tiene 5 capas atómicas de espesor. Esto conduce a resultados no deseados y el transistor consume más energía de la que debería.
Sin embargo, con su proceso de 45 nm, Intel ha podido desarrollar e implementar con éxito un transistor de puerta metálica y de alta k (capacitancia) que reduce significativamente la corriente de fuga. Según Intel, la combinación de procesadores de fabricación que utilizan su proceso de 45 nm, junto con el avance del transistor de compuerta metálica y high-k ofrecerá una serie de beneficios clave:
~ 2x mejora en la densidad del transistor, ya sea para un tamaño de chip más pequeño o un mayor número de transistores ~ 30% de reducción en la potencia de conmutación del transistor> 20% de mejora en la velocidad de conmutación del transistor o> 5x de reducción en la potencia de fuga de drenaje de la fuente> 10 veces de reducción en la potencia de fuga de óxido de puerta
En la imagen de arriba, un transistor MOS de puerta de polisilicio tradicional está a la izquierda y uno de los nuevos transistores de puerta de metal y alta k de Intel está a la derecha. Estas estructuras difieren de dos formas clave. Primero, la puerta de polisilicio en el transistor estándar ha sido reemplazada por una puerta de metal. Los metales que se utilizan exactamente no se han revelado, pero Intel dijo que los metales que se utilizan para los transistores NMOS y PMOS son diferentes. La segunda diferencia entre los dos es que la puerta de polisilicio del transistor estándar ha sido reemplazada por un óxido de puerta High-K basado en Halfnium.
Las ventajas del transistor high-k y de puerta metálica se describen en la imagen de arriba (las flechas rojas indican el área de fuga de corriente). La puerta de metal de alta capacitancia y el dieléctrico de alta k trabajan juntos para aumentar el efecto de campo de la puerta. Y el uso de una capa dieléctrica más gruesa reduce las fugas en la puerta. Cuando se combina, la corriente de accionamiento se puede aumentar en más del 20%, lo que a su vez mejora el rendimiento en una cantidad similar. Y la fuga de fuente-drenaje (la flecha de izquierda a derecha) y la fuga de óxido de compuerta (la flecha de arriba y abajo) se reducen en factores de 5 y 10, respectivamente.
Arriba tenemos una micrografía de alta potencia de uno de los transistores de puerta metálica y de alta k de Intel. Este es uno de los transistores reales que se encuentran en uno de los próximos procesadores de Intel fabricados a 45 nm, y no un dispositivo de laboratorio. La imagen muestra las diferentes capas que componen el transistor real. Si miras de cerca, puedes ver las capas atómicas individuales en el sustrato de silicio en la parte inferior.
Intel puede construir estos nuevos transistores utilizando principalmente herramientas existentes, pero el material de alta k se deposita mediante un nuevo paso de procesamiento, denominado deposición de capa atómica. Los materiales depositados se depositan una capa atómica a la vez con un control muy preciso.
