45 nm 공정은 반도체 제조 공정 기술 노드 중 하나로, 주로 2007년 후반부터 2008년경에 양산되기 시작한 미세 공정을 일컫는다. 여기서 '45 nm'는 일반적으로 반도체 소자(트랜지스터)의 최소 선폭(예: 게이트 길이) 또는 메모리 셀의 하프 피치(half-pitch)를 의미하며, 이는 해당 공정 기술의 미세화 수준을 나타내는 지표이다. 45 나노미터(nm)는 10억 분의 1 미터에 해당하는 매우 작은 크기이다.
개요 45 nm 공정은 이전 세대인 65 nm 공정의 뒤를 이어 등장했으며, 트랜지스터 밀도를 더욱 높이고 전력 효율성을 개선하여 더 강력하고 복잡한 집적 회로(IC)를 생산할 수 있게 했다. 이 공정은 특히 누설 전류(leakage current) 문제 해결을 위한 중요한 기술적 전환점을 포함하고 있다. 이 시기에는 반도체 제조 기술이 물리적 한계에 부딪히면서 새로운 재료 및 구조 도입의 필요성이 크게 대두되었다.
주요 기술적 특징
- 하이-k 유전체/메탈 게이트 (High-k/Metal Gate, HKMG) 도입: 45 nm 공정에서 가장 혁신적인 변화 중 하나는 하이-k 유전체와 메탈 게이트의 전면적인 도입이었다. 기존의 실리콘 이산화물(SiO2) 유전체와 폴리실리콘 게이트는 트랜지스터의 크기가 작아질수록 게이트 유전체의 두께가 얇아져 심각한 누설 전류 문제를 야기했다. 하이-k 유전체는 기존 유전체보다 유전율이 높아 물리적 두께를 늘리면서도 전기적 등가 두께(EOT)를 유지할 수 있어 누설 전류를 크게 줄였다. 또한, 폴리실리콘 대신 메탈 게이트를 사용하여 게이트 스택의 저항을 낮추고 성능을 최적화했다. 인텔(Intel)은 45 nm 공정에서 HKMG 기술을 최초로 상용화한 주요 기업 중 하나이다.
- 액침 리소그래피(Immersion Lithography) 활용: 더욱 미세한 패턴을 구현하기 위해 주요 레이어에 액침 리소그래피 기술이 광범위하게 적용되었다. 이는 노광 공정 시 렌즈와 웨이퍼 사이에 물과 같은 액체를 채워 빛의 파장을 줄이는 효과를 통해 해상도를 높이는 방식이다.
- 스트레인 엔지니어링(Strain Engineering) 강화: 채널 내부의 캐리어(전자 또는 정공) 이동도를 향상시키기 위해 트랜지스터 채널에 인위적인 응력(strain)을 가하는 기술이 더욱 정교하게 적용되었다. 이는 칩의 스위칭 속도를 높이는 데 기여했다.
- 트랜지스터 밀도 및 성능 향상: 이전 세대 대비 약 2배 가까이 많은 트랜지스터를 동일 면적에 집적할 수 있게 되었으며, 스위칭 속도 향상과 전력 소모 감소를 통해 전반적인 칩의 성능과 효율성이 개선되었다.
산업적 영향 및 제품 45 nm 공정은 PC 프로세서, 서버용 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU) 등 다양한 고성능 반도체 제품에 광범위하게 적용되었다. 인텔의 코드명 "Penryn"(예: Core 2 Duo E8000, Core 2 Quad Q9000 시리즈) 및 "Nehalem" 기반 프로세서(예: 초기 Core i7 시리즈)와 AMD의 "Phenom II" 프로세서 등이 이 45 nm 공정으로 제조되었다. 이 기술 노드를 통해 반도체 산업은 무어의 법칙(Moore's Law)을 계속해서 이어갈 수 있었으며, 이후 32 nm 공정으로의 전환을 위한 중요한 기반을 마련했다.
후속 공정 45 nm 공정의 후속 기술 노드는 주로 2010년경부터 양산되기 시작한 32 nm 공정이다.