65 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

65 nm üretim süreci (İngilizce: 65 nm process), yarı iletken aygıt üretiminde 90 nm ile 45 nm kuşakları arasında yer alan ve 2005'te üretime giren üretim süreci kuşağıdır. Intel, bu süreçle üretilen işlemcilerin ticari üretimine ve gelir getiren sevkiyatına 2005'in üçüncü çeyreğinde başladığını açıklamıştır. Aynı yılın sonunda Texas Instruments sürecini seri üretime hazır olarak nitelendirmiş, TSMC'nin ilk 65 nm sürecinin de Aralık 2005'te üretime girmesi planlanmıştır.

Kuşakta transistörler düzlemseldir ve kapı yığını polisilisyum kapı ile silisyum oksinitrür yalıtkandan oluşur. Kapıdan sızan akım yalıtkanın daha fazla inceltilmesini engellediği için Intel yalıtkan kalınlığını 90 nm'deki gibi 1,2 nm'de tutmuş, başarım artışını kısalan kapı uzunluğundan ve gerilmiş silisyumun ikinci kuşağından sağlamıştır. Bu kuşakta ulaşılan sınır, bir sonraki kuşakta yüksek geçirgenlikli yalıtkana ve metal kapıya geçişin gerekçesi olmuştur.

Uluslararası Yarı İletken Teknoloji Yol Haritası (ITRS), önceki baskılarında "teknoloji düğümü" kavramını herhangi bir üründeki temaslı metal çizgilerin en küçük yarım aralığı olarak tanımlamış ve bu ölçüde tarih boyunca DRAM yongalarının öncülük ettiğini belirtmiştir. 2007 baskısında ise "teknoloji düğümü" terimini kullanmayı bıraktığını, terimi kullanmayı sürdürenlerin bunu belirli bir ürünün bağlamında tanımlamasını umduğunu yazmıştır. Aynı belgeye göre şirketlerin kimi düğüm duyuruları, yoğunluğu gösteren yarım aralık ile hızı gösteren basılı kapı uzunluğunun ortalamasına dayanan bir dizin ölçeğine göre yapılmıştır.

"65 nm" adını taşıyan süreçlerde yayımlanan boyutlar birbirinden de farklıdır. Intel'in sürecinde fiziksel kapı uzunluğu 35 nm, kapı aralığı 220 nm, birinci metal katmanının aralığı 210 nm'dir. Fujitsu'nun iki 65 nm sürecinde kapı uzunluğu 30 ve 50 nm, birinci metal katmanının aralığı 180 nm'dir. TSMC'nin farklı amaçlara yönelik 65 nm transistörlerinde ise 55, 45 ve 40 nm'nin altındaki kapı uzunlukları kullanılmıştır.

Kuşakta bütün üreticilerin transistörleri düzlemseldir. Üç boyutlu transistöre geçiş üç kuşak sonra, Intel'in 22 nm süreciyle başlamıştır.

Intel'in 65 nm sürecinde kapı yalıtkanı 1,2 nm kalınlığında silisyum oksinitrürdür. Şirketin platform makalesine göre bu kalınlık, kapı yalıtkanından sızıntının artmaması için kendi 90 nm sürecinden küçültülmemiştir. Yalıtkan kalınlığı sabit tutulurken kapı uzunluğunun 35 nm'ye indirilmesi kapı sığasını yaklaşık %20 azaltmıştır. Intel'in 2005'teki geliştirilmiş 65 nm makalesi, kapı sızıntısıyla ilgili kaygıların oksinitrür yalıtkanın kalınlığını 1,2 nm ile sınırladığını ve yüksek başarımın iki tip polisilisyum kapı, nikel silisit, 35 nm kapı uzunluğu ve güçlendirilmiş tek eksenli gerilmeyle elde edildiğini belirtir.

Intel 2007'de, silisyum dioksit yalıtkanın 65 nm sürecinde beş atom katmanına denk gelen 1,2 nm'ye indiğini, inceltmenin sürmesinin ise kapıdan sızan akımı ve boşa harcanan güçle ısıyı artırdığını açıklamıştır. Şirket bu sorunu 45 nm'de hafniyum tabanlı yüksek geçirgenlikli bir yalıtkana geçerek çözmüştür.

Intel 65 nm'de gerilmiş silisyumun ikinci kuşağını kullanmıştır. Şirkete göre bu kuşak, 90 nm transistörlere göre sızıntıyı artırmadan başarımı %10 ile %15 artırır ya da aynı başarımda sızıntıyı dört kat azaltır. Platform makalesine göre p kanallı transistörlerde kaynak ve savak için büyütülen silisyum-germanyum katmanıyla kanaldaki gerilme %60 artırılmış, n kanallı transistörlerde ise üste konan çekme gerilmeli katmanlarla kanaldaki gerilmede %80 artış sağlanmıştır.

IBM ile AMD'nin yalıtkan üzeri silisyum temelli 65 nm süreci de başarımı gerilme teknikleriyle artırır. Sürecin 2005'te yayımlanan makalesine göre transistör hızı çift gerilme katmanı, gömülü silisyum-germanyum ve gerilme belleği teknikleriyle yükseltilmiştir. Semiconductor Insights'ın AMD'nin 65 nm Athlon 64 X2 işlemcisi üzerindeki incelemesine göre yongada en küçük kapı uzunluğu 35 nm'dir; yonga dokuz bakır ve bir alüminyum metal katmanı, gerilmiş silisyum kanal ve yalıtkan üzeri silisyum altlık kullanır. Texas Instruments da sürecinde elektron ve boşluk hareketliliğini artırmak için kanalda gerilme oluşturduğunu belirtmiştir.

Intel 65 nm'de kritik katmanlarda 193 nm litografiyi faz kaydırmalı maskelerle birlikte kullanmış ve bu yöntemle sıkı tasarım kurallarına ulaşmıştır. Kuşak, daldırmalı litografinin üretime girmeye hazırlandığı dönemdir. TSMC 2005'te, ASML ile ortaklaşa geliştirilen daldırmalı litografiyi kullanan ilk kuşağın 65 nm olabileceğini ve şirketin 2004'te üretime uygun ilk 193 nm daldırmalı litografi aracını teslim aldığını açıklamıştır. IBM, 2005'te 90 nm PowerPC işlemcilerinde litografi açısından kritik bir bağlantı katmanını daldırmalı litografiyle basarak tam işlevli yongalar üretmiştir. AMD ile IBM ise Aralık 2006'da, var olan süreçlerin geleneksel litografi kullandığını ve daldırmalı litografiyi 45 nm kuşağında kullanacaklarını duyurmuştur.

Intel Ağustos 2004'te 65 nm süreciyle yarım milyardan fazla transistör içeren, tam işlevli 70 megabitlik SRAM yongaları ürettiğini duyurmuştur. Süreç Oregon'daki D1D geliştirme fabrikasında geliştirilmiş ve 2005'te üretime alınması hedeflenmiştir. Şirket 2005'in üçüncü çeyreğinde bu süreçle üretilen çift çekirdekli işlemcilerin ticari üretimine ve sevkiyatına başlamış, Yonah, Presler ve Dempsey kod adlı işlemcilerini müşterilerine örneklemiştir. Arizona'daki Fab 12, Kasım 2005'te Intel'in 65 nm süreciyle çalışan ikinci seri üretim fabrikası olarak açılmıştır.

Intel, Core Duo işlemcisini Ocak 2006'da tanıtmış ve bu yıl 65 nm üretim kapasitesiyle on milyonlarca platform ve işlemci satmayı beklediğini açıklamıştır. Core mikromimarisine dayanan Xeon 5100 sunucu işlemcileri Haziran 2006'da, Core 2 Duo ve Core 2 Extreme işlemcileri Temmuz 2006'da çıkmıştır. Şirkete göre Core 2 Duo masaüstü işlemcisi 291 milyon transistör içerir. Intel aynı kuşakta çok düşük güçlü uygulamalar için ayrı bir süreç türevi de geliştirmiştir.

AMD, 5 Aralık 2006'da Athlon 64 X2 masaüstü işlemcileriyle 65 nm'ye geçtiğini duyurmuş, Fab 36'nın 2007 ortasına kadar tümüyle 65 nm'ye geçmesini beklediğini belirtmiştir. Şirkete göre bu süreç, IBM ile yaptığı teknoloji anlaşmasından türemiştir. IBM, AMD, Sony ve Toshiba'nın ortak makalesinde anlatılan süreç yalıtkan üzeri silisyum temellidir; seçili katmanlarında geçirgenliği 2,75 olan bir yalıtkanla on bağlantı katmanı içerir ve 0,65 µm²'lik bir SRAM hücresiyle verimini göstermiştir.

IBM'in Chartered, Infineon ve Samsung'la geliştirdiği yığın silisyum 65 nm süreci ise plazmayla nitrürlenmiş kapı oksidi ve nikel silisit kullanmış, p kanallı transistörde bir önceki kuşağa göre %35 başarım artışı bildirmiştir.

TSMC, Nexsys adını verdiği 65 nm teknolojisini Nisan 2005'te duyurmuştur. Şirketin planına göre düşük güç için eniyilenmiş ilk sürüm Aralık 2005'te üretime girecek, yüksek hızlı sürüm 2006'da, genel amaçlı sürüm aynı yılın ilerleyen aylarında gelecekti. TSMC'nin ilk 65 nm yongası, Nisan 2004'te doğrulanan ve 100 milyondan fazla transistör içeren bir SRAM'di. Şirkete göre süreç, 90 nm sürecinin iki katı standart hücre kapı yoğunluğu ve 0,5 µm²'den küçük bir SRAM hücresi sağlar; gerilmiş silisyum ve yeni bir nikel silisit kullanır. TSMC Ekim 2005'te beş büyük müşterinin tasarımlarını içeren ilk 65 nm prototip üretimini tamamlamış ve üretimin 2006'nın ikinci çeyreğinde artmasını beklediğini açıklamıştır. Şirketin bugünkü anlatımına göre TSMC 65 nm risk üretimine 2005'te başlayan ilk döküm üreticisidir ve süreç ertesi yıl ürün sertifikasyonundan geçmiştir.

Texas Instruments, ilk kablosuz aygıt örneklerini teslim ettikten sekiz ay sonra, Aralık 2005'te 65 nm sürecini seri üretime hazır olarak nitelendirmiştir. Şirkete göre süreç 90 nm'ye göre transistör yoğunluğunu iki katına çıkarır ve geçirgenliği 2,8-2,9 olan organosilikat bir yalıtkanla on bir katmana kadar bakır bağlantı içerir.

UMC, döküm sektörünün ilk 65 nm müşteri ürünlerini Haziran 2005'te teslim ettiğini belirtir. TSMC'nin ve UMC'nin "ilk" savları farklı ölçütlere, biri risk üretimine öteki müşteri ürünü teslimine dayanır. UMC Kasım 2006'da Xilinx'e yaklaşık 1,1 milyar transistörlü ve on bir bakır metal katmanlı 65 nm FPGA yongaları teslim etmiştir.

Fujitsu, Mie'deki 65 nm fabrikasının Nisan 2007'de çalışmaya başlamasını ve Temmuz 2007'de seri sevkiyata geçmesini planlamıştır. Şirketin ürün föyüne göre CS200 ve CS200A adlı 65 nm süreçlerinde seri üretim 2007 başında başlamıştır.

Aşağıdaki değerler üreticilerin kendi yayımlarından derlenmiştir ve farklı koşullarda ölçülmüştür; doğrudan sıralama için kullanılmamalıdır.

65 nm kuşağında yayımlanan değerler

Üretici	Kapı uzunluğu	Kapı aralığı	SRAM hücre alanı	Bakır katmanı	Altlık
Intel	35 nm	220 nm	0,57 µm²	8	Yığın silisyum
IBM ve AMD	35 nm (ürün ölçümü)	Yayımlanmadı	0,65 µm²	10 bağlantı katmanı	Yalıtkan üzeri silisyum
TSMC	Amaca göre 55, 45 ve 40 nm'nin altı	Yayımlanmadı	0,5 µm²'den küçük	Açıklanmadı	Yığın silisyum
Texas Instruments	Açıklanmadı	Yayımlanmadı	Açıklanmadı	11'e kadar	Açıklanmadı
Fujitsu CS200 / CS200A	30 nm / 50 nm	Yayımlanmadı	0,595 µm² / 0,535 µm²	11 bakır ve 1 alüminyum	Açıklanmadı

Intel'in sürecinde bağlantı katmanlarının arasında geçirgenliği 2,9 olan karbon katkılı oksit kullanılmıştır. Şirketin 70 megabitlik SRAM sınama yongası 1,2 V besleme geriliminde 3,43 GHz hızında çalışmıştır. Intel'in 2005 makalesine göre geliştirilmiş transistörler 1 V gerilimde n kanallı transistör için 1,21 mA/µm, p kanallı transistör için 0,71 mA/µm sürme akımına ulaşmıştır.

Kuşağın başlıca ürünleri Intel'in Core Duo, Core 2 Duo ve Xeon 5100 işlemcileri ile AMD'nin Athlon 64 X2 işlemcileridir. Intel'e göre masaüstü için Conroe, dizüstü için Merom ve sunucu için Woodcrest kod adlı çift çekirdekli işlemcilerin hepsi 65 nm süreciyle üretilecekti. Döküm üreticilerinin 65 nm süreçleri ise kablosuz iletişim yongaları ve FPGA gibi ürünlerde kullanılmıştır.

• Moore yasası
• Dennard ölçeklemesi