22 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 – 1993 250 nm – 1996 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

22 nm üretim süreci (İngilizce: 22 nm process), yarı iletken aygıt üretiminde 32 nm ile 20 nm ve 14 nm süreçleri arasında yer alan üretim süreci kuşağıdır. Kuşağın belirleyici olayı, üç boyutlu transistörün ilk kez yüksek hacimli üretime girmesidir: Intel 2011'de üç kapılı transistör yapısını duyurmuş, 2012'de Ivy Bridge işlemcisiyle seri üretime almıştır. "22 nm" adı bir kuşak adıdır ve yonga üzerindeki herhangi bir fiziksel boyuta karşılık gelmez; bu ad, birbirinden apayrı teknolojiler için beş yıla yayılarak kullanılmıştır.

Düğüm adlarının fiziksel bir ölçüyü bildirmesi 2000'li yıllarda sona ermiştir. Bir süreçte kapı uzunluğu, kapı aralığı ve metal aralığı gibi ölçülerin hiçbiri düğüm adındaki sayıya yaklaşmaz; ad, bir kuşağın önceki kuşağa göre konumunu bildiren ticari bir etikettir.

Bu kuşak, adın ne kadar dağınık kullanılabildiğini gösteren en belirgin örnektir. Döküm sektörünün iki büyük üreticisi TSMC ile Samsung, kuşağın kendi döneminde bu adı hiç kullanmamış, 28 nm'den 20 nm'ye, oradan 16/14 nm'ye geçmiştir; TSMC adı ancak yıllar sonra, 28 nm'den türettiği olgun bir süreç için kullanmıştır. Buna karşılık "22 nm" adını taşıyan süreçler beş yıla yayılmış ve iki ayrı transistör yapısını kapsamıştır: Intel'in 2012'de seri üretime aldığı üç boyutlu süreç, IBM'in aynı yıl bildirdiği düzlemsel yalıtkan üzeri silisyum süreci, GlobalFoundries'in 2015'te duyurduğu düzlemsel tam tüketimli süreç, Intel'in 2017'de sunduğu düşük güçlü FinFET türevi ve TSMC'nin 28 nm teknolojisinden türettiği ultra düşük güçlü süreç.

Kuşağın yapısal önemi Intel'in üç kapılı transistörden gelir. Şirket 2002'de tanımladığı bu yapıyı 2011'de duyurmuş, kapının kanalı üç yandan sardığı düzenle silisyum transistörün elli yıllık düzlemsel yapısından ayrıldığını bildirmiştir. Intel'in verdiği sayılara göre transistörler, kendi 32 nm düzlemsel transistörlerine göre düşük gerilimde %37'ye varan başarım artışı sağlamakta ya da aynı başarımda yarıdan az güç tüketmektedir. Süreç ayrıca öz hizalı bağlantıları ve yüksek yoğunluklu metal-yalıtkan-metal sığaçlarını kullanır.

Aynı adı taşıyan öteki süreçlerde üç boyutlu yapı yoktur. IBM'in 22 nm yüksek başarımlı süreci düzlemsel yalıtkan üzeri silisyum tabanlıdır ve çift gömülü gerilme kaynakları, derin hendekli gömülü DRAM ile on beş metal katmanlı bir arka uç kullanır. GlobalFoundries'in 22FDX platformu ise iki boyutlu, tam tüketimli yalıtkan üzeri silisyum teknolojisidir; yapı, gövde öngerilimiyle transistör niteliklerinin çalışma sırasında ayarlanmasına elverir ve şirket bu platformu hacimli üretimdeki en ileri düzlemsel teknoloji olarak tanımlar.

Intel de kuşak adını yıllar sonra ikinci kez kullanmıştır. 22FFL adlı düşük güçlü FinFET süreci, aynı sayıyı taşımasına karşın mobil ve radyo frekansı uygulamaları için ayrıca eniyilenmiş bir platformdur.

Kuşakta 193 nanometre dalga boyunda çalışan daldırmalı litografi kullanılmıştır. Aşırı mor ötesi (EUV) litografi bu dönemde henüz yüksek hacimli üretim eşiğine ulaşmamıştı; teknoloji üretim hattına ancak 7 nm kuşağında girmiştir.

Dalga boyu istenen desenlerden büyük olduğundan sıkı katmanlar birden çok maske ve pozlamayla oluşturulmuştur. Bu dönemde arka uç metal katmanlarında ara parçayla tanımlanan çift desenleme yaygınlaşmış, adım sayısındaki artış maske maliyetini ve süreç süresini yükseltmiştir. Litografi maliyetinden kaçınmak, aynı ad altında toplanan düzlemsel süreçlerin başlıca gerekçesidir; tam tüketimli yalıtkan üzeri silisyum yolunun, döküm sektörünün FinFET süreçlerine göre yarı yarıya az daldırmalı litografi katmanı gerektirdiği bildirilmiştir.

Intel 22 nm sürecini 2012'de Ivy Bridge işlemcisiyle seri üretime almış ve bunu ilk yüksek hacimli üç boyutlu transistör üretimi olarak duyurmuştur. Şirket aynı kuşakta, üç kapılı transistörü yüksek yoğunluklu yonga üzeri sistem uygulamalarına uyarlayan ayrı bir platform da bildirmiştir. 22FFL süreciyle kuşak adı 2017'den sonra düşük güçlü ve yüksek frekanslı ürünler için yeniden kullanılmıştır.

IBM'in 22 nm süreci sunucu işlemcilerine yöneliktir ve yalıtkan üzeri silisyum tabanlıdır. Süreç, gömülü gerilme kaynaklarıyla sürme akımını yükseltmeyi ve derin hendekli gömülü DRAM ile büyük önbellekleri aynı kırmık üzerinde barındırmayı amaçlar.

GlobalFoundries 22FDX platformunu tam tüketimli yalıtkan üzeri silisyum üzerine kurmuştur. Platform mobil, nesnelerin interneti ve radyo frekansı uygulamalarına yöneliktir; gövde öngerilimi, tasarımcının duruk güç, devingen güç ve başarım arasındaki ödünleşimi çalışma sırasında ayarlamasına elverir.

TSMC'nin 22 nm adını taşıyan süreçleri ileri mantık ölçeklemesinin değil, olgun bir kuşağın uzantısıdır. Şirket 22ULP sürecini kendi 28 nm teknolojisinden türetilmiş olarak tanımlar ve görüntü işleme, sayısal televizyon, alıcı kutusu, akıllı telefon ve tüketici elektroniği uygulamalarına yöneltir. 22ULP üzerine kurulan 22ULL süreci ise ultra düşük sızıntılı bileşenler ve SRAM ile güç tüketimini daha da düşürür; süreç akıllı saat, kablosuz kulaklık ve endüstriyel ürünlerde kullanılmıştır.

Kuşak adı karşılaştırma vermediğinden, süreçler ancak yapısı ve tarihi açıkça bildirilen verilerle karşılaştırılabilir. Aşağıdaki çizelge aynı adı taşıyan süreçlerin hangi yapı üzerine kurulduğunu ve hangi kuşağın uzantısı olduğunu gösterir.

22 nm adını taşıyan süreçler

Üretici	Süreç	Transistör yapısı	Altlık	İlk bildirim	Kuşak konumu
Intel	22 nm	üç kapılı FinFET	yığın silisyum	2011-2012	32 nm'nin ardılı
IBM	22 nm SOI	düzlemsel	yalıtkan üzeri silisyum	2012	sunucu sınıfı ayrı hat
GlobalFoundries	22FDX	düzlemsel, tam tüketimli	yalıtkan üzeri silisyum	2015-2016	28 nm maliyet sınıfı
Intel	22FFL	FinFET, düşük güçlü	yığın silisyum	2017	düşük güçlü türev
TSMC	22ULP, 22ULL	düzlemsel	yığın silisyum	bildirilmemiş	28 nm'den türetilmiş

Çizelgenin gösterdiği şey, tek bir kuşak adının ne yapı ne de zaman bakımından bir ölçü verdiğidir. Aynı adı taşıyan iki süreçten biri üç boyutlu transistörle kurulmuşken ötekisi düzlemseldir; biri kendi kuşağının en ileri teknolojisiyken ötekisi bir önceki kuşağın maliyet uzantısıdır.

Intel'in süreçle ürettiği ilk yüksek hacimli ürün Ivy Bridge kod adlı işlemcidir. IBM'in yalıtkan üzeri silisyum süreci sunucu sınıfı işlemcilerde kullanılmış, on iki çekirdekli POWER8 işlemcisi bu süreçte üretilmiştir.

Aynı adı taşıyan düzlemsel süreçler bambaşka bir alana yönelmiştir. 22FDX mobil, nesnelerin interneti ve radyo frekansı ürünlerinde, TSMC'nin 22ULP ve 22ULL süreçleri ise tüketici elektroniği ile pille çalışan giyilebilir ürünlerde kullanılmıştır.

Bu kuşak, ileri düğüm maliyetinin tasarım tercihlerini belirlemeye başladığı dönemdir. Bir silisyum plakanın işlenme maliyeti maske sayısı ve süreç karmaşıklığıyla birlikte arttığından, transistör başına maliyetteki azalma yoğunluk artışını karşılamamaya başlar.

Kuşak adının sonradan düzlemsel süreçlere verilmesinin nedeni de budur. GlobalFoundries 22FDX platformunu tanıtırken, FinFET benzeri başarım ve enerji verimliliğini 28 nm düzlemsel teknolojilere yakın bir maliyetle sunduğunu, 28 nm düzlemsel bir sürece göre %20 daha küçük kırmık alanı ve on maske daha az gerektirdiğini bildirmiştir. TSMC'nin 22ULP süreci de aynı mantıkla, 28 nm teknolojisinden türetilerek güç ve maliyet duyarlı ürünlere ileri düğüm maliyetine katlanmadan bir yol açmıştır.

• Moore yasası
• Dennard ölçeklemesi