45纳米Penryn引入High-K和金属闸极技术

　　全新45纳米High-K/金属栅极技术提能效

　　由于深知漏电问题将会阻碍芯片和个人计算机的设计、大小、耗电量、噪声与成本开发，因此，新一代Penryn处理器家族将采用全新材料制作的45nm晶体管绝缘层(insulating wall)和开关闸极 (switching gate)，减低晶体管漏电(electrical leakage)情况。

　　为能达到大幅降低漏电情形且可同时提升效能目标，Intel采用被称为High-k的新材料制作晶体管闸极电介质(transistor gate dielectric)，而晶体管闸极的电极 (transistor gate electrode)也将搭配采用全新金属材料组合，增加驱动电流20%以上，不仅提升晶体管效能，同时源极 - 汲极 (source-drain) 漏电也可减少逾5倍，明显改善晶体管耗电量。

　　据了解，由于二氧化硅具有易制性 (manufacturability)，且能减少厚度以持续改善晶体管效能，因此过去40余年来，业者主要均采用二氧化硅做为制作闸极电介质的材料。

　　虽然Intel于导入65纳米制程时，已全力将二氧化硅闸极电介质厚度降低至1.2纳米，相当于5层原子，但由于晶体管缩至原子大小的尺寸时，耗电和散热亦会同时增加，产生电流浪费和不必要的热能，因此若继续采用目前材料，进一步减少厚度，闸极电介质的漏电情况势将会明显攀升，令缩小晶体管技术遭遇极限。

　　为解决此关键问题，Intel正规划改用较厚的High-k材料(铪hafnium元素为基础的物质）作为闸极电介质，取代沿用至今已超过40年的二氧化硅，此举也成功令漏电量降低10倍以上。

　　由于High-k闸极电介质和现有硅闸极并不兼容，Intel全新45纳米晶体管设计也必须开发新金属闸极材料，目前新金属的细节仍属商业机密，Intel现阶段尚未说明其金属材料的组合。

　　另与上一代技术相较，Intel的45奈制程令晶体管密度提升近2倍，得以增加处理器的晶体管总数或缩小处理器体积，令产品较对手更具竞争力，此外，晶体管开关动作所需电力更低，耗电量减少近30%，内部连接线 (interconnects) 采用铜线搭配 low-k电介质，顺利提升效能并降低耗电量，开关动作速度约加快 20%。

　　值得注意的是，Intel成功令新一代 45 纳米制程产品的漏电情况降低逾5倍，其中晶体管闸极氧化物漏电量更降低超过10倍，相较上代65纳米制程产品，在同一功耗表现下，频率下可提升约20%，或是在同一频率下功耗更低，电池续航力也明显大幅提升。

　　另一方面，Intel使用创新设计法则和先进光罩技术，将193纳米干式微影技术 (dry lithography) 延伸应用在45纳米处理器上，全力发挥成本优势和高易制性。

　　全新焊钖合金技术 Penryn 将采用无铅生产

　　为积极朝全球环境永续发展而努力，Intel 也宣布自采用新一代high-k金属闸极 (high-k metal gate)的45纳米制程开始，未来Intel处理器将会采用100%无铅设计。

　　据Intel副总裁、技术与制造事业群组装测试技术开发总监Nasser Grayeli表示， Intel正积极朝协助环境永续发展而努力，包含全面采用无铅制程、重视产品能源效率运用、减少废气排放，以及大规模回收再利用水资源与制造材料等。

　　数十年以来，由于铅具备适当的电气和机械特性，因此广泛应用在电子零组件等产品中，但近年来研究发现，铅制产品已严重影响全球生态环境和公众健康，因此包括全球各大业者皆全力寻找能满足效能和可靠性需求的铅替代材料。

　　以Intel为例，多年来在与供货商和其它半导体及电子零组件公司合作下，已陆续开发无铅解决方案，2002年，Intel推出了第一个采无铅方式制造的无铅闪存产品，自2004年起，英特尔出货产品含铅量已较前一代微处理器和芯片组封装大幅减少95%。

　　Intel针对以往仍存于处理器封装之内部连接点(interconnect)第一层内之5% (约 0.02公克)的含铅焊锡(lead solder)，焊点用来连接硅晶粒和封装基板，Intel 将以锡、银、铜合金 (tin/silver/copper alloy) 取代以铅/锡为主的焊锡。由于 Intel 先进硅晶技术含有复杂的连接结构，必须投入大量的工程资源，才能使 Intel 处理器封装完全不使用铅，并推动整合新的焊锡合金系统。

　　无论是采用何种封装设计，包括PGA (pin grid array)、BGA (ball grid array)和LGA (land grid array)等方式，Intel已确定45纳米Hi-k技术均将100%使用无铅设计，另外，2008年采用65纳米制程生产的芯片组产品亦会全面改采100%无铅技术。

　　根据Intel最新制程发展蓝图，2007年将会推出代号为P1266的45纳米制程，持续朝每2年更新制程一次的速度前进，2009年会推出代号为P1268的32纳米制程，2011年将推出P1270的22 纳米制程。

　　现时， Intel 计划以3座晶圆厂生产45纳米产品，位于美国奥勒岗洲 (Oregon, USA)的D1D晶圆厂及美国亚利桑那洲 (Arizona, USA)的Fab32晶圆厂，将率先于2007年下半年导入45纳米制程，而以色列(Israel)的Fab 28则预定于2008年上半年投入45纳米生产行列。