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32 nm 공정

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목차

1. 개요

32 nm 공정은 반도체 제조 공정 기술의 한 종류로, 2000년대 중반에 프로토타입이 처음 등장했다. IBM, IMEC, TSMC, 인텔, 삼성 등 여러 기업에서 이 기술을 활용한 제품을 개발했다. 인텔은 32 nm 기술을 사용하여 코어 i3, i5 프로세서를 대량 생산했고, AMD는 FX 시리즈 프로세서를 출시했다. 32 nm 공정 이후에는 22 nm 공정 기술이 개발되었다.

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32 nm 공정
32 나노미터 공정
개발사인텔
삼성전자
TSMC
글로벌파운드리
특징
세대3세대
도입 시기2009년
주요 기술하이-K 메탈 게이트
스트레인드 실리콘

2. 기술 시연

2000년대 중반부터 32nm 기술을 사용한 시제품(프로토타입)이 등장하기 시작했다. IBM, 국제 마이크로일렉트로닉스 센터(IMEC), TSMC 등에서 초기 연구 개발이 진행되었다.[10][11][13]

인텔은 2007년 9월 18일 인텔 개발자 포럼에서 32nm 테스트 칩을 공개했다.[14]

삼성전자는 2011년 1월, 30nm~39nm 공정 기술을 사용해 DDR4 SDRAM 모듈을 개발했다.[15]

2. 1. 초기 연구 개발

2000년대 중반에 "32nm" 기술을 사용한 프로토타입이 처음 등장했다. 2004년, IBM은 전자 빔 리소그래피와 광 리소그래피를 동일한 레이어에 사용하여 제작한 135nm 폴리 게이트 피치를 가진 0.143μm2 SRAM 셀을 시연했다. 이러한 작은 규모에서 셀의 입력 전압 변동에 대한 민감도가 상당히 저하되는 것으로 관찰되었다.[10] 2006년 10월, 국제 마이크로일렉트로닉스 센터(IMEC)는 더블 패터닝과 액침 리소그래피를 기반으로 한 32nm 플래시 패터닝 기능을 시연했다.[11] 메모리 셀 면적을 줄이기 위해 더블 패터닝과 하이퍼 NA 도구를 도입해야 하는 필요성으로 인해 이 노드로 45nm 노드에서 전환하는 데 따른 비용상의 일부 이점이 상쇄되었다.[12] TSMC는 2005년에 더블 패터닝과 액침 리소그래피를 결합하여 "32nm" 노드 0.183μm2 6-트랜지스터 SRAM 셀을 제작했다.[13]

인텔은 2007년 9월 18일 인텔 개발자 포럼에서 최초의 "32nm" 테스트 칩을 공개했다. 이 테스트 칩은 0.182μm2의 셀 크기를 가지고 있으며, 2세대 high-κ 게이트 절연체와 금속 게이트를 사용했고, 약 20억 개의 트랜지스터를 포함했다. 193nm 액침 리소그래피는 중요한 레이어에 사용되었고, 193nm 또는 248nm 건식 리소그래피는 덜 중요한 레이어에 사용되었다. 임계 피치는 112.5nm였다.[14]

2011년 1월, 삼성전자는 30nm에서 39nm 사이의 크기를 가진 공정 기술을 사용하여 업계 최초의 DDR4 SDRAM 모듈 개발을 완료했다. 이 모듈은 1.2V에서 2.133Gbit/s의 데이터 전송 속도를 달성할 수 있었는데, 이는 최대 1.6Gbit/s의 속도를 가진 "30nm급" 공정 기술의 1.35V 및 1.5V DDR3 DRAM에 비해 향상된 성능이었다. 이 모듈은 DDR3보다 데이터 읽기 및 쓰기 시 전류 소비를 절반으로 줄일 수 있도록 특별히 적용된 유사 오픈 드레인(POD) 기술을 사용했다.[15]

2. 2. TSMC의 연구 개발

국제 마이크로일렉트로닉스 센터(IMEC)는 2006년 10월 더블 패터닝과 액침 리소그래피를 기반으로 한 32nm 플래시 패터닝 기능을 시연했다.[11] TSMC는 2005년에 더블 패터닝과 액침 리소그래피를 결합하여 "32nm" 노드 0.183μm2 6-트랜지스터 SRAM 셀을 제작했다.[13] 메모리 셀 면적을 줄이기 위해 더블 패터닝과 하이퍼 NA 도구를 도입해야 하는 필요성으로 인해, 45nm 노드에서 32nm 노드로 전환하는 데 따른 비용상의 일부 이점이 상쇄되었다.[12]

2. 3. 인텔의 연구 개발

IBM은 2004년에 전자 빔 리소그래피와 광 리소그래피를 동일한 레이어에 사용하여 135nm 폴리 게이트 피치를 가진 0.143μm2 SRAM 셀을 제작했다. 이러한 작은 규모에서는 셀의 입력 전압 변동에 대한 민감도가 상당히 낮아졌다.[10]

인텔은 2007년 9월 18일 인텔 개발자 포럼에서 최초의 "32nm" 테스트 칩을 공개했다. 이 칩은 셀 크기가 0.182μm2이고, 2세대 high-κ 게이트 절연체와 금속 게이트를 사용했으며, 약 20억 개의 트랜지스터를 포함했다. 중요한 레이어에는 193nm 액침 리소그래피가 사용되었고, 덜 중요한 레이어에는 193nm 또는 248nm 건식 리소그래피가 사용되었다. 임계 피치는 112.5nm였다.[14]

3. 32nm 공정 적용 프로세서

32nm 공정이 적용된 프로세서로는 인텔의 인텔 코어 i3, 인텔 코어 i5 (애런데일, 클락데일[23]), 2세대 코어 프로세서 샌디브리지, 웨스트미어 아키텍처 기반 걸프타운 i7 980x 익스트림 에디션, 6코어 프로세서 코어 i7-970이 있다. AMD는 불도저 프로세서와 퓨전 프로세서 중 코드명 라노를 32nm 공정으로 제조했다. 앰바렐라(Ambarella Inc.)는 2011년 9월, 디지털 스틸 카메라용 32nm 기반 A7L 시스템 온 칩 회로를 출시하여 1080p60 고화질 비디오 기능을 제공했다.[19]

3. 1. 인텔 프로세서



2010년 1월, 인텔의 코어 i3 및 i5 프로세서(애런데일, 클락데일)는 32 nm 기술을 사용한 최초의 대량 생산 프로세서 중 하나였다.[16] 인텔의 2세대 코어 프로세서인 샌디 브릿지도 32 nm 제조 공정을 사용했다. 2010년 3월 16일, 웨스트미어 아키텍처 기반의 6코어 프로세서 걸프타운 코어 i7 980x 익스트림 에디션이 출시되었으며, 소매 가격은 약 1000USD였다.[17] 2010년 7월 말, 인텔의 보급형 6코어 프로세서 i7-970이 약 900USD에 출시되었다. 인텔의 32nm 공정은 제곱밀리미터당 711만 개의 트랜지스터(MTr/mm2) 밀도를 가진다.[18]

3. 2. AMD 프로세서

AMD의 FX 시리즈 프로세서는 잠베지라는 코드명으로 불리며 불도저 아키텍처를 기반으로 2011년 10월에 출시되었다. 이 기술은 "32 nm" SOI 공정을 사용했으며, 모듈당 2개의 CPU 코어를 가졌고 최대 4개의 모듈을 활용했다. 쿼드 코어 디자인은 약 130USD, 8코어 디자인은 약 280USD였다.

3. 3. 기타 프로세서

4. 32nm 이후의 기술 발전

국제 반도체 기술 로드맵에 따르면 32nm 공정의 다음 기술은 22nm 노드였다. 인텔은 2011년 말에 22nm 반도체 대량 생산을 시작했고, 2012년 4월에 최초의 상업용 22nm 장치 출시를 발표했다.[8][21] TSMC는 32nm 공정을 건너뛰고 2008년의 40nm 공정에서 2011년의 28nm 공정으로 바로 넘어갔다.[22]

4. 1. 28nm & 22nm 공정

국제 반도체 기술 로드맵에 따르면 "32 nm" 기술의 후속은 "22 nm" 노드였다. 인텔은 2011년 말에 "22 nm" 반도체의 대량 생산을 시작했으며, 2012년 4월에 최초의 상업용 "22 nm" 장치 출시를 발표했다.[8][21] TSMC는 "32 nm"를 건너뛰고 2008년의 "40 nm"에서 2011년의 "28 nm"로 도약했다.[22]

참조

[1] 뉴스 Toshiba Makes Major Advances in NAND Flash Memory with 3-bit-per-cell 32nm generation and with 4-bit-per-cell 43nm technology http://www.toshiba.c[...] 2009-02-11
[2] 간행물 Gate Dielectric Scaling for CMOS: from SiO2/PolySi to High-K/Metal-Gate http://www.intel.com[...] Intel
[3] 웹사이트 No More Nanometers – EEJournal https://www.eejourna[...] 2020-07-23
[4] 웹사이트 A Brief History of Process Node Evolution https://www.design-r[...] 2019-07-09
[5] 웹사이트 14nm, 7nm, 5nm: How low can CMOS go? It depends if you ask the engineers or the economists... https://www.extremet[...]
[6] 웹사이트 Exclusive: Is Intel Really Starting To Lose Its Process Lead? 7nm Node Slated For Release in 2022 https://wccftech.com[...] 2016-09-10
[7] 웹사이트 Life at 10nm. (Or is it 7nm?) And 3nm - Views on Advanced Silicon Platforms https://www.eejourna[...] 2018-03-12
[8] 뉴스 Report: Intel Scheduling 22 nm Ivy Bridge for April 2012 http://www.tomshardw[...] Tom'sHardware.com 2011-11-26
[9] 뉴스 Intel's Ivy Bridge chips launch using '3D transistors' https://www.bbc.co.u[...] BBC 2012-04-23
[10] 문서 D. M. Fried et al., IEDM 2004.
[11] 뉴스 IMEC demonstrates feasibility of double patterning immersion litho for 32nm node http://www.physorg.c[...] PhysOrg.com 2006-10-18
[12] 뉴스 IBM sees immersion at 22nm, pushes out EUV http://www.eetimes.c[...] 2007-02-23
[13] 문서 H-Y. Chen et al., Symp. on VLSI Tech. 2005.
[14] 문서 F. T. Chen (2002). Proc. SPIE. Vol. 4889, no. 1313.
[15] 뉴스 Samsung trials DDR4 DRAM module http://www.eetimes.c[...] 2011-01-04
[16] 뉴스 Intel Debuts 32-NM Westmere Desktop Processors http://www.informati[...] InformationWeek 2010-01-07
[17] 웹사이트 Intel's 6-core 32nm processors arriving soon http://www.geek.com/[...] Geek.com 2010-02-04
[18] 웹사이트 Intel's 10nm Cannon Lake and Core i3-8121U Deep Dive Review https://www.anandtec[...]
[19] 뉴스 Ambarella A7L Enables the Next Generation of Digital Still Cameras with 1080p60 Fluid Motion Video http://www.ambarella[...] Ambarella.com 2011-09-26
[20] 뉴스 Intel's CEO Discusses Q3 2011 Results - Earnings Call Transcript http://seekingalpha.[...] Seeking Alpha 2011-10-18
[21] 뉴스 Intel beats analysts' first quarter forecasts https://www.bbc.co.u[...] BBC 2012-04-17
[22] 웹사이트 28nm Technology https://www.tsmc.com[...] TSMC 2019-06-30
[23] 웹인용 Intel Debuts 32-NM Westmere Desktop Processors http://www.informati[...] InformationWeek 2010-01-07


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