후지쯔, 저전력 고성능 45nm 로직 칩을 위한 신기술 개발
후지쯔 저전력 고성능 45nm 로직 칩
다양한 디바이스에 걸쳐서 급격히 늘어나는 기능들을 지원하기 위해 더 높은 수준의 성능이 필요하고 디바이스 상에서 다중의 프로세서 코어가 필요해짐으로써 LSI 로직 칩이 더 높은 수준의 집적도를 달성해야 할 필요성이 갈수록 높아지고 있다. 45nm 세대 로직 기술을 위해서 더 높은 수준의 집적도 및 성능 속도의 향상과 더불어서 디바이스의 전력 소비를 억제할 수 있는 기술이 갈수록 중요해지고 있다.
LSI의 집적도를 높이기 위해서는 매 새로운 세대의 디바이스마다 각 트랜지스터의 게이트 길이를 축소하고 인터커넥트 사이의 간격을 좁혀야 한다. 이와 함께 높은 속도를 달성하기 위해서는 LSI 칩 내의 수억 개의 개별 트랜지스터 간의 인터커넥트로 인한 시간 지연을 최소화해야 한다.
트랜지스터의 게이트 길이를 축소하면 예를 들어 휴대전화가 대기 모드로 통화를 기다리거나 비작동 프로세싱이 진행 중일 때와 같이 게이트 상에 신호 전압이 인가되지 않을 때 트랜지스터의 소스와 드레인 간에 누설 전류가 증가하는 것으로 인해서 전력 소비가 증가하는 문제가 발생한다.
45nm 세대의 경우에는 인터커넥트의 폭과 인터커넥트 사이의 간격 모두 가장 낮게는 65nm에 달한다. 그러므로 만약에 절연층의 유전 상수가 이전 세대와 동일하게 유지된다면 기술 축소로 인해서 인터커넥트 저항이 증가할 뿐만 아니라 인터커넥트 커패시턴스가 높아짐으로써 인터커넥트 지연이 증가한다. 그러므로 유전 상수가 더 낮은 소재가 필요하다.
후지쯔 신기술 설명
1. 새로운 어닐링 기술
후지쯔 연구원들은 더 얕은 소스 및 드레인 구역을 형성하는 것이 누설 전류를 낮추는 효과적인 방법이라는 것을 깨달았다. 하지만 이를 단순히 얕게 하는 것만으로는 소스 및 드레인 구역에서 저항을 증가시킴으로써 트랜지스터 성능을 저하시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해서 후지쯔 연구원들은 밀리초 어닐링(MSA: millisecond annealing)이라고 하는 새로운 어닐링 기술을 개발했다. 이전의 어닐링과 비교해서 후지쯔의 밀리초 어닐링 기술은 더 높은 온도를 이용함으로써 저항을 낮출 수 있고 어닐링 시간이 짧으므로 얕은 소스 및 드레인 구역을 형성함으로써 누설 전류를 낮출 수 있다.
2. 고성능 인터커넥트
후지쯔 연구원들은 인터커넥트 사이의 간격을 최소화하기에 적합한 하단 인터커넥트에 나노 클러스터링 실리카(NCS)를 이용했다. 이는 유전 상수(k)가 2.25로서 지금까지 알려진 절연 박막 중에서 가장 낮은 것이다. NCS는 아주 작은 구멍들이 뚫려있는 절연 소재로서 낮은 유전 상수와 높은 기계적 강도를 동시에 가능하게 한다. 후지쯔는 65nm 세대부터 NCS를 부분적으로 도입했다. 하지만 45nm 세대에서는 특정한 인터커넥트 층 내에서뿐만 아니라 각각의 층 사이에도 NCS를 이용함으로써 인터커넥트 커패시턴스를 추가적으로 낮추려 하고 있다.
이들 기술의 효과
새로운 어닐링 기술은 트랜지스터 저항을 제한하기 위해 매우 효과적이므로 누설 전류를 이전 기술에 비해서 1/5로 낮추며 그럼으로써 휴대전화의 최대 대기 시간을 최고 5배까지 연장하는 등의 이점을 가능하게 한다.
뿐만 아니라 후지쯔는 고성능 인터커넥트를 이용함으로써 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)[1] 상의 표준 45nm 세대 인터커넥트 기술과 비교해서 인터커넥트 지연 시간을 14퍼센트 단축할 수 있었다.
향후 개발
새롭게 개발된 이들 두 신기술은 대기 상태일 때의 누설 전류를 낮출 뿐만 아니라 동시에 동작 속도를 향상시킨다. 후지쯔는 유비쿼터스 네트워킹 사회를 이루기 위한 요소로서 모바일 기기를 겨냥한 LSI에 2008년까지 이들 기술을 채택할 계획이다.
참고
[1] 세계 반도체 기술 로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductors)
ITRS라고 하는 이 반도체 로드맵은 세계의 5대 주요 반도체 제조 지역인 일본, 미국, 유럽, 한국, 대만이 지지하고 있다. 이의 지지 기관으로서는 JEITA(일본 전자 정보 기술 산업 협회), SIA(미국 반도체 산업 협회), ESIA(유럽 반도체 산업 협회), KSIA(한국 반도체 산업 협회), TSIA(대만 반도체 산업 협회)를 포함한다. 이에 관한 더 자세한 정보는 http://www.itrs.net/about.html 참조.
본 보도자료에 관한 더 자세한 정보는 http://jp.fujitsu.com/group/labs/en/ 참조.
후지쯔 회사 소개
후지쯔(TSE: 6702, ADR: FJTSY)는 고객 지향적 IT 및 통신 솔루션의 세계적 회사이다. 후지쯔는 앞선 디바이스 기술, 고도로 신뢰할 수 있는 컴퓨팅 및 통신 제품, 다국적인 시스템 및 서비스 전문가 네트워크를 보유함으로써 고객들에게 무한한 성공 가능성의 포괄적인 솔루션을 제공하는 회사로 자리잡고 있다. 본사는 도쿄에 소재하고 있으며 2006년 3월 31일을 마감으로 하는 회계연도에 4조8천억 엔(406억 달러)의 총 매출을 보고했다. 이 회사에 관한 더 자세한 정보는 www.fujitsu.com 참조.
후지쯔 연구소 소개
후지쯔 연구소는 후지쯔의 자회사로서 1968년에 설립되었으며 세계적으로 유명한 연구소의 하나이다. 이 연구소는 일본, 중국, 미국, 유럽에 걸쳐서 다국적인 연구소 네트워크를 구축하고 있으며 멀티미디어, 개인 시스템, 네트워크, 주변장치, 첨단 소재, 전자 소자 등의 분야와 관련해서 다양한 기초 연구 및 응용 연구를 수행하고 있다. 이 연구소에 관한 더 자세한 정보는 http://jp.fujitsu.com/labs/en/ 참조.
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