英特尔半导体工艺取得重大突破，验证摩尔定律下一个十年继续生效

2007年初，半导体产业的天空弥漫着重重的乌云，先是有NXP半导体宣布将退出由ST、飞思卡尔和NXP组成的Crolles 2联盟，这一联盟正在开发45纳米的工艺，而NXP的退出有可能导致该联盟的瓦解；后又有半导体技术的创始公司、全球第三大半导体厂商德州仪器表示将与代工合作伙伴一起开发先进的数字工艺，而不再单独开发先进的数字工艺。这些事件无疑令业界感到摩尔定律是不是走不下去了？人们还愿不愿意再为之花销巨大的精力与财力来跟随？

但是稍后不久，也即2007年1月底英特尔再次向全世界认证了摩尔定律的正确性。它向全球发布了即将于2007年下半年量产15款45纳米微处理器的消息，这些处理器是英特尔下一代英特尔酷睿2和至强系列处理器中Penryn系列的一部分。并且英特尔还现场展示了五款采用45纳米处理器的终端Demo：包括一台采用VISTA操作系统的双核笔记本电脑，其上演示了基于Microsoft Office 2003的应用；一台主频为2.13G的双核台式机，其上演示了1080p的视频应用；一台主频为1.86G的四核台式机，其上演示的是Ubisoft Rainbow Six Las Vegas游戏；一台主频为2.13G的双路双核服务器，上面演示Glaze Workstation应用；一台主频为2.13G的双路四核视频服务器，上面演示了对Adobe Premier的视频编码。而最重要的是，这些45纳米的处理器上采用了英特尔具有重大突破的两项半导体技术：全新高-k栅介质和金属栅极材料。“通过用高-k栅介质代替二氧化硅，同时用金属栅极材料代替多晶硅，英特尔首次将这两项技术同时用在45纳米的处理器中，是业界的一个重要突破，它的重要意义在于为更深亚微米的工艺技术辅平了道路，可以保证摩尔定律至少再延续10年。”英特尔资深技术专家赵军表示。

摩尔定律创始人Gordon Moore更是指出：“采用高-k栅介质和金属栅极材料，是自上世纪60年代晚期推出MOS晶体管以来，晶体管技术领域里最重大的突破。”赵军解释道：“随着越来越多的晶体管被集成到一个硅晶片上，业界一直在研究电流泄露问题的解决方案，晶体管是处理数字世界0、1组合的微型开关。栅用来打开或闭合晶体管，而栅介质是用来将栅从电流通道隔离出来的绝缘体底层。金属栅极和高-k栅介质的组合使晶体管漏电量非常低，性能大为提升。”

按照摩尔定律，英特尔将于2009年推出32纳米处理器，而在2011年推出22纳米的处理器。虽然已受到众多的猜疑，但英特尔仍扛着摩称定律的大旗一路前行。“我们在45纳米工艺上至少领先竞争对手一年的时间。”赵军称。据悉英特尔俄勒冈的D1D和亚利桑那的Fab32两个300mm晶园厂将于07年下半年开始生产45纳米处理器，而另一个300mm晶园厂以色列的Fab28厂将于2008年上半年开始45纳米处理器的量产。

虽然英特尔一路领先，其它公司跟在后面已开始明显吃力，但他们仍没有放弃。与英特尔对立的另一阵营包括IBM、AMD、索尼以及东芝也在07年1月底宣布他们已取得高-k栅介质和金属栅极材料的巨大进步，且称采用这些技术的45纳米产品将会于2008年推出；还有前面谈到的ST、飞思卡尔和NXP组成的Crolles 2联盟原计划也是将于07年底推出45纳米的处理器，但是现在NXP的退出不知是否使其原计划如期完成。此外，正在进行45纳米工艺研发的还有TI与台积电组成的阵营。“TI与台积电组成的阵营与我们的研发方向不一样，他们主要是针对通用器件的45纳米工艺开发，我们主要针对CPU。”赵军解释。

45纳米带来的优势

在英特尔45纳米工艺技术中，高-k栅介质与金属栅极的组合，使驱动电流或晶体管性能提高了20%以上。同时，使源极-漏极漏电降低了5倍以上，大幅提高了晶体管的效率。

英特尔公司的45纳米工艺技术也使晶体管密度比上一代工艺提高了大约两倍，使英特尔能够增加总体晶体管的数量或缩小处理器的大小。由于45纳米晶体管远小于上一代晶体管，因此，晶体管开关所需能量也大为减少，使主动切换耗电大约降低了30%。英特尔在45纳米接头中将采用低-k电介质的铜线，也是为了提高性能、降低功耗。同时，英特尔也将采用创新的设计规则和先进的掩模技术，拓展193纳米干式光刻技术的应用来制造其45纳米处理器，这主要得益于其成本优势和较高的可加工能力。