CPU 使用的技术

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1、因此在向90nm进化过程中遇到的困难也远远高于以前的技术升级，然而，这也为顺利向65nm技术节点发展打下了良好的技术基础。在90nm制造工艺中，采用多项新技术和新工艺。其中应变硅(StrainedSilicon)、绝缘硅(SOI，Silicononinsulator)、铜互连技术、低K介电材料的引入等是主要特点。1、应变硅技术(StrainedSilicon)　　应变硅技术是英特尔的90nm工艺中最主要的特色技术。晶体管是一个小开关，决定了电流的通与断，而在现实世界中，我们无法完全地控制电流，必须借助一些附加技术。AMD的SOI(Silicon-on-insulat

2、or，绝缘体硅片)就是为了防止泄漏电流和停止电流活动而设计的，应变硅则刚好相反，是为了驱动电流流动而设计的。　　将待应变硅片放在一种特殊的硅锗底基上，这种硅锗底基的原子间距离比待应变硅片原子间距离大，受底基原子作用，硅片中的原子也将向外运动，彼此间拉开距离，从而减少对电流的阻力。应变硅有效地扩展了晶体管通道区域，把硅直接放到底层的顶部，可以预留更多的空间，更好地扩展到底层上，使上面的硅原子直接和低层相匹配，延伸硅元素到合适的通道中。　　硅原子有更多的空间后，电阻减少了，增加了电流通过的数量。最终结果是使电流流动强度提高了10—20%，或者使当前的电流更加顺畅，从而提

3、高了晶体管的运行速度，提高了芯片的工作频率。2、七层铜互连技术　　传统集成电路制造工艺主要采用铝作为金属互连材料(Interconnect)，但是随着晶体管尺寸越来越小，在保持信号的高速传输方面已经受到很大的限制。选用电阻率较小的金属作为互联材料，并选用介电常数较小的介电材料是降低信号延时、提高时钟频率的两个主要方向。由于铜的电阻率较铝小，同时能减少互连层的厚度，通过降低电容达到了减少信号延时的效果，因此，如果配合采用低K介电材料，可以降低信号线之间的耦合电容，信号的转换速度也随之加快，即进一步降低了信号的延时。　　此外，现有铝材料在器件密度进一步提高的情况下还会出

4、现由电子迁移引发的可靠性问题，而铜的溶点较高，比铝更不容易发生电子迁移。与铝相比，铜可以在更薄的互连层厚度上通过更高的电流密度，从而降低能量消耗。推动铜工艺走向产业化的另一个重要原因就是与传统的铝工艺相比，铜工艺采用了Damascene工艺，减少了金属互联的层数，从而降低了成本。9　　早在1985年IBM公司就已计划研发用铜替代铝作为芯片上的金属互连材料，但是直到1998年才在诺发公司(NovellusSystem)的帮助下把该技术应用在实际的集成电路制造工艺中。1999年苹果公司在400MHz微处理器中采用了铜互连工艺，极大地提升了图形处理能力。　　2000年英特

5、尔公司推出了采用了130nm铜互连技术的Tualatin奔腾III处理器。TI、Xilinx、三星、台积电、联电等公司也开始纷纷采用铜互连工艺。此前在130nm、110nm的制造工艺中已经广泛应用了铜互连技术。铜互连材料已经成为110nm以下制造工艺的唯一选择。在90nm制造工艺中，厂商已经广泛采用了七层层铜互连技术，使硅晶圆上的晶体管可达到100M，从而提高芯片性能。　　除此之外，90nm制造工艺的还其它技术新特性：·1.2nm氧化物栅极厚度，仅有5个原子层厚。越薄的氧化物栅极越好，超薄的氧化物栅极可以提高晶体管的运行速度·晶体管长度仅为50nm，而此前的130n

6、m工艺处理器的晶体管长度是70nm—60nm之间·低K值(绝缘常量)的掺碳氧化物(CDO)绝缘材料，减少线路与线路之间的电容，以提高芯片内的信号速度并降低芯片功耗。这一绝缘材料通过简单的双层堆叠设计实现，非常容易制造。　　最先采用90nm的处理器是英特尔的Prescott处理器。所有基于Prescott核心的处理器，无论是低端的CeleronD还是PrescottPentium4，都用0.09微米制造工艺生产。区别是前者FSB仅为133MHz(实际频率533MHz)，L2Cache也只有256KB，而后者的FSB则为200MHz(实际频率800MHz)，L2Cach

7、e达到1MB，当然CeleronD处理器的价格要便宜很多。9　　虽然英特尔在Prescott中采用更深的管线执行长度设计及0.09微米制造工艺，希望可以大大提高处理器的频率，不过由于在0.09微米中不能有效控制晶体管的电泄漏问题，造成Prescott的功耗居高不下、频率也难以达到英特尔所希望的水准。所谓泄漏电流，是指晶体管不管导通还是截止(开关)，均有电流流动。由于本来为截止的时候也有电流流动，由此就会造成电量的浪费。　　泄漏电流造成的耗电量增加是90nm工艺Prescott中非常严重的问题。另外，要想提高晶体管的开关切换速度，即工作频率，设计半导体时必须要使电