Технологическая (проектная) норма

Основным параметром технологии является минимальная технологическая (топологическая, проектная) норма (Technology Node, feature size). Говоря о проектной норме, обычно имеют в виду минимальный для данной технологии характеристический размер. Длина затвора МОП транзистора приблизительно в 1,5…2 раза меньше технологической нормы. Длина канала, как правило, оказывается еще меньше длины затвора.

Высокая степень доверия полупроводниковой отрасли к технической осуществимости и экономической обоснованности закона Мура привела к тому, что с 1994 года публикуется и регулярно обновляется на сайте прогноз развития (дорожная карта) Международной ассоциации производителей полупроводников (ITRS) на следующие 15 лет. Дорожная карта с одной стороны является руководством для исследований, с другой стороны помогает синхронизировать развитие технологий и своевременность изготовления оборудования.

Рис. 2.5. Технологическая норма и длина затвора для технологий разных поколений

На рис. 2.5 представлен прогноз ITRS 2005 года относительно технологической нормы и длины затвора МДП транзистора. Как следует из рисунка, технологическая норма к 2020 году составит менее 10 нм. Однако реальность опережает прогноз. Фирма Intel планирует производство ИС с технологической нормой 10нм уже в 2015 году.

Изменение технологической нормы идет по поколениям, с приблизительно одинаковым масштабным множителем .Соответствующий ряд параметров технологических норм исторически имеет следующий вид:

0,5 мкм..0,35..0,25..0,18..0,13..(130 нм)..90..60..45..32 22 16 нм ...

Переход к следующему поколению соответствует приблизительно увеличению степени интеграции в 2 раза. Очевидно, что закон, декларирующий экспоненциальный рост количества транзисторов на одной интегральной схеме, не может быть справедливым в течение неограниченного времени. Ожидается, что конец «эры закона Мура», т.е. когда технологическая норма современной кремниевой технологии достигнет своего минимума, определяемого возможностями литографии и фундаментальными физическими ограничениями, наступит не ранее 2020-2030 гг.

Все основные геометрические параметры технологии уменьшаются вместе с технологической нормой. Это касается длины, ширины канала транзистора, а также толщины подзатворного окисла.

Важнейшей характеристикой микропроцессора является его быстродействие. Максимальное быстродействие интегральных схем определяется системной, так называемой тактовой частотой (clock). Тактовая частота определяется скоростью переключения отдельных цифровых элементов и, в конечном итоге, в очень сильной степени зависит от геометрического фактора и, следовательно, от технологической нормы (Рис. 2.6).

До настоящего времени тактовая частота процессора приблизительно удваивается в каждом следующем поколении. При технологической норме ~ 10 нм тактовая частота ожидается на уровне 100 ГГц (10¹¹ Гц).

Геометрический ресурс для дальнейшего увеличения тактовой частоты практически исчерпан, поскольку существует фундаментальное ограничение, связанное с конечностью скорости распространения электрического сигнала. Например, для металлической линии на диэлектрической подложке с проницаемостью (4 для SiO₂) скорость распространения сигнала не может превышать см/с − скорость света в вакууме.