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65 nm 공정

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목차

1. 개요

65 nm 공정은 반도체 제조 기술의 한 종류로, 65나노미터(nm)의 선폭을 가지는 회로를 제작하는 기술을 의미한다. 이 기술은 2000년대 중반에 널리 사용되었으며, 인텔, AMD, IBM 등 주요 반도체 제조사들이 칩 생산에 활용했다. 65 nm 공정은 트랜지스터 크기의 축소, 상호 연결의 개선을 통해 칩 면적 감소, 성능 향상, 전력 소비 감소를 가능하게 했다. 이 공정은 CPU, GPU, 게임 콘솔, 이미지 센서 등 다양한 제품에 적용되었으며, 펜티엄 4, 코어 2, 애슬론 64 등의 프로세서가 이 공정으로 생산되었다.

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65 nm 공정
65nm 공정
65nm 공정 CMOS 칩의 단면도
65nm 공정 CMOS 칩의 단면도
기술 세대
기술 세대65 나노미터
도입 시기2005년
주요 특징
일반적인 특징스트레인드 실리콘
저유전율 절연체
금속 배선구리
트랜지스터1.2V 코어, 2.5V I/O
1.0V 코어, 2.5V I/O
1.2V 코어, 1.8V I/O
제조사별 정보
IBM65nm, 65nm LP
인텔P1264
TSMC65G, 65LP, 65GP
UMC65LP, 65LL
Chartered65LP
SMIC65LP
Samsung65nm
Fujitsu65nm

2. 기술적 특징

65nm 공정의 트랜지스터는 원자 100개 정도의 크기이다. 비교를 위해, 세포 리보솜의 길이는 약 20nm이다. 벌크 실리콘 결정은 0.543nm의 격자 상수를 갖는다. 2007년 9월까지, 인텔, AMD, IBM, UMC 및 차터드도 65nm 칩을 생산하고 있었다.[2]

2. 1. 주요 기술

리소그래피에 사용되는 빛의 파장은 193nm 및 248nm인데, 선폭은 65nm 이하로 설계될 수 있다. 파장이 짧은 피쳐를 제작하려면 광학 근접 보정 및 위상 천이 마스크와 같은 특수 이미징 기술이 필요하다. 이러한 기술의 비용은 파장이 짧은 반도체 제품 제조 비용을 상당히 증가시키며, 기술 노드가 발전함에 따라 비용이 기하급수적으로 증가한다. 또한, 최소 피치로 인쇄해야 하는 마스크 레이어 수가 증가하고, 기술의 최첨단에서 많은 레이어를 인쇄하여 수율이 감소함에 따라 비용이 배가된다. 새로운 집적 회로 설계의 경우, 이는 프로토타입 제작 및 생산 비용에 영향을 미친다.[2]

게이트 두께는 또 다른 중요한 치수이며, 인텔의 경우 1.2nm까지 감소한다. 단지 몇 개의 원자만이 트랜지스터의 "스위치" 부분을 절연하여 전하가 흐르게 한다. 이러한 원치 않는 누설은 양자 터널링에 의해 발생한다. 새로운 고유전율 게이트 절연막의 화학적 특성은 기판 바이어스 및 여러 임계 전압을 포함한 기존 기술과 결합되어 누설로 인해 전력 소비가 과도하게 증가하는 것을 방지해야 한다.[2]

2002년, 2004년, 2005년의 IEDM 논문은 트랜지스터 크기가 나머지 피쳐 치수와 더 이상 함께 축척될 수 없다는 업계의 추세를 보여준다. (게이트 폭은 90nm에서 65nm 기술로 이동하면서 220nm에서 210nm로만 변경). 그러나 상호 연결(금속 및 폴리 피치)은 계속 축소되어 칩 면적과 칩 비용을 줄이고, 트랜지스터 간의 거리를 단축하여 이전 노드에 비해 더 높은 성능과 더 복잡한 장치를 만들 수 있다.[2]

인텔의 65nm 공정은 평방 밀리미터당 208만 개의 트랜지스터 밀도(MTr/mm2)를 갖는다.[2]

항목내용
게이트 길이30nm (고성능) ~ 50nm (저전력)
코어 전압
구리 배선11개 층 사용, 저유전율 절연체 (κ=2.25)로 나노 클러스터 실리카 사용
메탈 1 피치180nm
소스/드레인니켈 실리사이드
게이트 산화막 두께1.9nm (n), 2.1nm (p)



실제로 두 가지 버전의 공정이 존재한다. 고성능에 초점을 맞춘 CS200과 저전력에 초점을 맞춘 CS200A이다.

2. 2. 후지쯔 65nm 공정 예시

후지쯔의 65nm 공정은 고성능 CS200과 저전력 CS200A 두 가지 버전으로 제공된다.[2]

항목내용
게이트 길이30 nm (고성능) ~ 50 nm (저전력)
코어 전압
구리 배선11개 층, 나노 클러스터 실리카 (저유전율 절연체, κ=2.25) 사용
메탈 1 피치180nm
니켈 실리사이드소스/드레인
게이트 산화막 두께1.9 nm (n), 2.1 nm (p)


3. 65nm 공정 적용 프로세서

65nm 공정은 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU)뿐만 아니라 다양한 종류의 프로세서에 적용되었다.

마이크로소프트의 엑스박스 360 제스퍼 GPU는 2008년 10월, NVIDIA 지포스 8800GT GPU는 2007년 10월 29일에 65nm 공정을 적용했다.[12]

이 외에도 텍사스 인스트루먼트의 OMAP 3 계열[6]은 2008년 2월, 니콘 Expeed 2는 2010년, MCST Elbrus 4C는 2014년[8], SRISA 1890VM9Ya는 2016년[9]에 65nm 공정을 적용했다.

3. 1. 중앙 처리 장치 (CPU)

출시일제조사제품명비고
2006년 1월 16일인텔펜티엄 4 (시더밀)[12]
2006년 1월 16일인텔펜티엄 D 900-계열[12]
2006년 5월 28일인텔셀러론 D (시더밀 코어)[12]
2006년 1월 5일인텔코어[12]
2006년 7월 27일인텔코어 2[12]
2006년 3월 14일인텔제온 (소사만)[12]
2007년 2월 20일AMD애슬론 64 계열 (리마부터)[12]
2007년 5월 7일AMD튜리온 64 X2 계열 (테일러부터)[12]
해당사항 없음AMD페넘 계열[12]
2007년 11월 17일IBM셀 프로세서플레이스테이션 3[12]
해당사항 없음IBMz10[12]
2007년 9월마이크로소프트엑스박스 360 팔콘 CPU[12]
2008년마이크로소프트엑스박스 360 오퍼스 CPU[12]
2008년 10월마이크로소프트엑스박스 360 제스퍼 CPU[12]
2007년 10월썬 마이크로시스템즈UltraSPARC T2[12]
2008년 6월AMD튜리온 울트라[12]
2008년 5월비아 나노[12]
2009년Loongson[12]
2005년소니/도시바EE+GS (PStwo)[5]


3. 2. 그래픽 처리 장치 (GPU)

마이크로소프트 엑스박스 360 제스퍼 GPU는 2008년 10월에, NVIDIA 지포스 8800GT GPU는 2007년 10월 29일에 65nm 공정을 적용했다.[12]

3. 3. 기타

프로세서출시일
인텔 펜티엄 4 (시더밀)2006년 1월 16일
인텔 펜티엄 D 900-계열2006년 1월 16일
인텔 셀러론 D (시더밀 코어)2006년 5월 28일
코어2006년 1월 5일
인텔 코어 22006년 7월 27일
인텔 제온 (소사만)2006년 3월 14일
AMD 애슬론 64 계열 (리마부터)2007년 2월 20일
AMD 튜리온 64 X2 계열 (테일러부터)2007년 5월 7일
AMD 페넘 계열
IBM 셀 프로세서 (플레이스테이션 3)2007년 11월 17일
IBM z10
마이크로소프트 엑스박스 360 팔콘 CPU2007년 9월
마이크로소프트 엑스박스 360 오퍼스 CPU2008년
마이크로소프트 엑스박스 360 제스퍼 CPU2008년 10월
마이크로소프트 엑스박스 360 제스퍼 GPU2008년 10월
썬 마이크로시스템즈 UltraSPARC T22007년 10월
AMD 튜리온 울트라[12]2008년 6월
텍사스 인스트루먼트 OMAP 3 계열[13]2008년 2월
비아 나노2008년 5월
Loongson2009년
소니/도시바 EE+GS (PStwo)[5]2005년
NVIDIA 지포스 8800GT GPU2007년 10월 29일
니콘 Expeed 22010년
MCST Elbrus 4C2014년[8]
SRISA 1890VM9Ya2016년[9]


참조

[1] 웹사이트 2006 industry roadmap http://www.itrs.net/[...] 2007-09-27
[2] 웹사이트 Intel's 10nm Cannon Lake and Core i3-8121U Deep Dive Review https://www.anandtec[...]
[3] 간행물 Fujitsu Introduces World-class 65-Nanometer Process Technology for Advanced Server, Mobile Applications http://www.fujitsu.c[...] 2005-09-20
[4] conference 65nm CMOS Process Technology https://www.fujitsu.[...] 2006-02-07
[5] 웹사이트 ソニー、65nm対応の半導体設備を導入。3年間で2,000億円の投資 https://pc.watch.imp[...]
[6] 웹사이트 OMAP 3 family of multimedia applications processors https://www.ti.com/p[...] 2007
[7] 웹사이트 AMD preps 65 nm Turion X2 processors http://www.tgdaily.c[...] 2007-05-03
[8] 웹사이트 Microprocessor Elbrus-4C http://www.mcst.ru/m[...]
[9] 웹사이트 ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН: Разработка СБИС https://www.niisi.ru[...]
[10] 웹인용 link to press release http://www.fujitsu.c[...] 2011-08-18
[11] 웹인용 link to presentation http://www.fujitsu.c[...] 2011-08-18
[12] 웹인용 TG Daily – AMD preps 65 nm Turion X2 processors http://www.tgdaily.c[...] 2008-03-04
[13] URL http://focus.ti.com/[...]


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