250 nm üretim süreci

Yarı iletken aygıt üretimi
MOSFET ölçeklemesi (üretim süreçleri)
020 µm – 1968 010 µm – 1971 006 µm – 1974 003 µm – 1977  1,5 µm – 1981 001 µm – 1984 800 nm – 1987 600 nm – 1990 350 nm – 1995 250 nm – 1997 180 nm – 1999 130 nm – 2001 090 nm – 2003 065 nm – 2005 045 nm – 2007 032 nm – 2009 028 nm – 2010 022 nm – 2012 014 nm – 2014 010 nm – 2016 007 nm – 2018 005 nm – 2020 003 nm – 2022 002 nm – 2025
Gelecek
1 nm ~ 2027
İlgili
Devre küçültme Transistör sayısı CMOS Yarı iletken cihaz Moore yasası Yarı iletken Yarı iletken sanayii Mikroelektronik Nanoelektronik
g t d

250 nm üretim süreci (İngilizce: 250 nm process), yarı iletken aygıt üretiminde 350 nm ile 180 nm kuşakları arasında yer alan ve 1997'de seri üretime giren üretim süreci kuşağıdır. Dönemin kaynaklarında "0,25 mikron" ya da "çeyrek mikron" diye de anılır. Intel bu süreçle ürettiği ilk ürünleri, 200 ve 233 MHz'lik mobil Pentium MMX işlemcilerini 8 Eylül 1997'de duyurmuştur. Microprocessor Report dergisine göre bu kuşakta bir mikroişlemciyi ilk üretime alanlar Motorola ve IBM olmuş, Intel neredeyse aynı anda seri sevkiyata başlamış, Texas Instruments de ilk olduğunu öne sürmüştür.

Kuşakta transistörler düzlemseldir ve üreticilerin çoğu 248 nm dalga boylu DUV litografiye geçmiştir. Bağlantılar çoğunlukla alüminyumdan yapılmış, IBM 1998'de bakır bağlantılı ilk süreci üretime almıştır.

Intel Technology Journal'a göre 0,25 mikron değeri, silisyum plakaya kazınan çizgi genişliğini anlatır. Uluslararası Yarı İletken Teknoloji Yol Haritası'nın (ITRS) 1999 baskısına göre aygıt boyutları sektör tarihinin büyük bölümünde üç yılda bir yaklaşık 0,7 katına inmiş, son yıllarda bu döngü iki yıla kısalmıştır. Yol haritasının 2001 baskısı 350 nm (1995), 250 nm (1997) ve 180 nm (1999) düğümlerindeki iki yıllık aralığın süreceğini varsaymıştır. DRAM üreticilerinin 2003'te verdiği veriler ise müşteri onaylı seri üretimin 350 nm'de 1995'te, 250 nm'de 1998'de başladığını göstermiştir.

Kuşak adı kapı uzunluğuyla örtüşmez. Microprocessor Report'un 1998'de derlediği çizelgede 0,25 mikronluk süreçlerin fiziksel kapı uzunluğu Intel'de 0,20, AMD'de 0,18, National Semiconductor'da 0,24 mikron olarak verilmiştir. IBM ile Motorola ise 0,16 ve 0,15 mikronluk kapı uzunluklu süreçlerini 0,22 mikron diye anmıştır.

Kuşakta bütün üreticilerin transistörleri düzlemsel MOSFET'lerdir. Üç boyutlu transistöre geçiş Intel'in 22 nm süreciyle başlamıştır.

Intel'in IEDM 1996'da tanıttığı 0,25 mikronluk mantık süreci, 1,8 V çalışmaya göre ayarlanmış transistörler ile düzlemleştirilmiş beş bağlantı katmanını bir araya getirir; şirket bu süreçle altı transistörlü hücresi 10,26 µm² olan 4 megabitlik SRAM'ler üretmiştir. P856 adlı bu süreç 1997'nin üçüncü çeyreğinde üretime onaylanmıştır. 200 mm'lik silisyum plakalar üzerinde kurulan süreçte kapı oksidi 0,35 mikronluk P854'teki 60 Å'dan 40,8 Å'a inceltilmiş; kısa kanal etkilerini sınırlamak için kapının iki yanına eğik açılı iyon yerleştirmesi eklenmiştir. N kanallı transistörün sürme akımı onay anında 0,585 mA/µm iken bir yıl içinde 0,700 mA/µm'ye çıkarılmıştır. Intel'e göre süreç, 0,35 mikronluk teknolojiye göre mikroişlemci hızında %50'den fazla artış sağlamış ve Pentium II'nin 450 MHz'te seri üretimine olanak vermiştir.

Intel'in mobil Pentium MMX işlemcilerinde yeni süreç, çekirdek gerilimini 2,45 V'tan 1,8 V'a, giriş-çıkış gerilimini 3,3 V'tan 2,5 V'a indirmiştir.

Intel'in P856 sürecinde beş metal katman vardır. Alt üç katman sık aralıklıdır ve SRAM ile mantık hücrelerinin bağlantısında kullanılır; üst iki katman ise güç dağıtımı ve uzun bağlantılar için kalın tutulmuştur. Metal yığını titanyum ve alüminyum-bakır alaşımından oluşur, kontak ve bağlantı delikleri tungstenle doldurulur ve her katman kimyasal-mekanik parlatmayla düzlenir. Maliyeti düşürmek için 0,35 mikronluk süreçteki metal işleme araçlarının çoğu yeniden kullanılmış, araç yeniden kullanım oranı %85'e ulaşmıştır. Kapı ve birinci metal katman 248 nm dalga boylu araçlarla, ikinci ve üçüncü metal katmanlar ise 365 nm dalga boylu (i-line) araçlarla basılmış; çizgi uçlarındaki kısalmayı gidermek için optik yakınlık düzeltmesi kullanılmıştır. P856.5 adı verilen %5'lik doğrusal küçültme SRAM hücresini 10,26 µm²'den 9,26 µm²'ye indirmiş ve sağlam kırmık sayısını yaklaşık %15 artırmıştır.

Microprocessor Report'a göre üreticilerin çoğu bu kuşakta 248 nm dalga boylu araçlara geçmiştir. Texas Instruments ise C10 süreçlerinde 365 nm dalga boylu araçlarla kalmış ve bu tercih şirketin yaşadığı ilk verim sorunlarına katkıda bulunmuş olabilir.

IBM, 22 Eylül 1997'de bakır bağlantılı yongaları tam ölçekte üretmeye başlayacağını duyurmuştur. Şirketin IEDM 1997'de sunduğu süreç, 0,25 mikronun altındaki 1,8 V'luk bir CMOS teknolojisinde 0,63 mikron aralıklı altıya kadar bakır katman içerir; bakır, karşılaştırılabilir alüminyum bağlantılara göre daha düşük direnç ve daha yüksek akım yoğunluğu sağlar. Microprocessor Report'a göre IBM bakırı CMOS-7S sürecinin bütün metal katmanlarında ve bağlantı deliklerinde kullanmış, telleri silisyumdan ayıran ince bir engel katmanıyla sarmıştır; tellerin direnci şirketin önceki alüminyum süreçlerine göre %40 düşüktür.

Intel'in ilk 0,25 mikronluk Pentium II'si, Deschutes kod adlı 333 MHz'lik işlemci 26 Ocak 1998'de çıkmıştır. Microprocessor Report'a göre 131 mm²'lik Deschutes yongası 0,35 mikronluk Klamath'ın üçte ikisi büyüklüğündedir; 2,0 V çekirdek gerilimi sayesinde en yüksek güç tüketimi 0,35 mikronluk 300 MHz'lik sürümün 43 W'ından 23,7 W'a inmiştir. Intel 1998'de %5 küçültülmüş P856.5 sürecini Mendocino kod adlı işlemcide ve 450 MHz'lik Pentium II'de kullanmıştır.

Microprocessor Report'a göre AMD, 0,25 mikronluk CS44E sürecini Austin'deki Fab 25'te seri üretime almakta zorlanmış, sorunlar 1998'de giderilmiştir. Şirketin 28 Mayıs 1998'de tanıttığı K6-2 işlemcisi 9,3 milyon transistör içerir ve yerel bağlantı ile sığ hendek yalıtımı kullanan beş metal katmanlı 0,25 mikronluk süreçle Fab 25'te üretilir. Yonga 81 mm²'dir; yeni 3DNow! birimleri ve iyileştirilmiş MMX birimi özgün K6 yongasına 13 mm² eklemiştir.

IBM'in CMOS-6X süreci ve onun Motorola'daki karşılığı 1997'nin üçüncü çeyreğinde PowerPC 604e işlemcisiyle üretime girmiştir. Texas Instruments ise C10c süreciyle Sun'ın UltraSPARC-II işlemcisini üretmiştir. Döküm üreticilerinden TSMC ve UMC 0,25 mikronluk üretime 1998'in ilk yarısında geçmeyi planlamıştır. TSMC Ekim 1998'de 0,25 mikronluk süreç için çok projeli silisyum plaka hizmeti başlatmıştır.

PlayStation 2'nin Emotion Engine adlı merkezî işlem birimi Şubat 1999'da 0,25 mikronluk dört metal katmanlı süreçle tanıtılmıştır. 10,5 milyon transistörlü yonga 240 mm²'dir ve 1,8 V'ta 15 W tüketir; grafik yongası Graphics Synthesizer ise aynı süreçte 42,7 milyon transistör ve 279 mm² alan tutar.

Değerler Microprocessor Report'un üreticilerden derlediği 1997 ve 1998 çizelgelerinden alınmıştır ve doğrudan sıralama için kullanılmamalıdır.

250 nm kuşağında yayımlanan değerler

Üretici ve süreç	İlk üretim	Çekirdek gerilimi	Kapı oksidi	Metal katmanı	Birinci metal aralığı	SRAM hücresi
Intel P856	3. çeyrek 1997	1,8 V	45 Å	5 alüminyum	0,64 µm	10,3 µm²
IBM CMOS-6X	3. çeyrek 1997	1,8 V	40 Å	6 alüminyum	0,7 µm	8,6 µm²
Texas Instruments C10c	3. çeyrek 1997	2,5 V	54 Å	5 alüminyum	1,1 µm	22 µm²
AMD CS44E	4. çeyrek 1997	2,2 V	37 Å	5 alüminyum	0,88 µm	Açıklanmadı
National CMOS 8	2. çeyrek 1998	2,5 V	50 Å	5 alüminyum	0,64 µm	13 µm²

250 nm süreciyle üretilen bazı işlemciler

İşlemci	Üretici	Tarih	Transistör	Yonga alanı
Mobil Pentium MMX (Tillamook)	Intel	8 Eylül 1997	Açıklanmadı	Açıklanmadı
Pentium II (Deschutes)	Intel	26 Ocak 1998	7,5 milyon	131 mm²
K6-2	AMD	28 Mayıs 1998	9,3 milyon	81 mm²
Emotion Engine	Sony ve Toshiba	Şubat 1999 (tanıtım)	10,5 milyon	240 mm²
Graphics Synthesizer	Sony	Şubat 1999 (tanıtım)	42,7 milyon	279 mm²

• Moore yasası
• Dennard ölçeklemesi
• Transistör sayısı
• FinFET