GlobalFoundries Podrobnosti 7 nm Plány: Tři generace, 700 mm², HVM v 2018

GlobalFoundries sledovala stále se vyvíjející svět křemíkové litografie a nedávno zveřejnila další podrobnosti o své výrobní technologii 7 nm. Jak bylo oznámeno loni v září, společnost bude mít několik generací výrobních procesů 7 nm FinFET, včetně těch, které používají EUV. GlobalFoundries nám nyní říká, že její technologie 7LP (špičkový výkon 7 nm) se rozšíří na tři generace a umožní svým zákazníkům vytvářet čipy až do velikosti 700 mm². Výroba prvních čipů pomocí jejich výrobního procesu 7LP se zvýší ve druhé polovině 2018.

Platforma GlobalFoundries 7LP
7nm Gen 17nm Gen 27nm Gen 3
LitografieDUVDUV + EUVDUV + EUV
Klíčové vlastnostiZvýšený výkon, nižší výkon, vyšší hustota tranzistoru oproti 14LPP.Zvýšené výnosy a kratší doby cyklu.Vylepšení výkonu, výkonu a plochy.
Důvody pro zavedení EUV-Chcete-li snížit použití čtyřnásobného a trojitého vzorování.Pro zlepšení drsnosti hran, rozlišení, uniformity CD atd.
HVM Start2H 20182019 (?)2020 (?)

7 nm DUV

V první řadě GlobalFoundries zopakoval své specifikace proces první generace 7 nm, který zahrnuje hlubokou ultrafialovou (DUV) litografii s argon fluoridovými (ArF) excimerovými lasery pracujícími na vlnové délce 193 nm. Předpokládá se, že výrobní proces společnosti 7 nm přinese vyšší frekvenční potenciál 40 oproti výrobní technologii 14LPP, kterou GlobalFoundries dnes používá, za předpokladu stejného počtu tranzistorů a výkonu. Tato technologie také sníží spotřebu energie integrovaných obvodů o 60% při stejné frekvenci a složitosti.

Pro svůj nejnovější uzel se společnost zaměřuje na dva způsoby, jak snížit spotřebu energie čipů: implementovat vynikající ovládání brány a snížit napětí. Za tímto účelem budou čipy vyrobené pomocí technologie 7LP společnosti GlobalFoundries podporovat 0.65 - 1 V, což je méně než IC vyráběné pomocí výrobního procesu 14LPP společnosti dnes. Kromě toho budou polovodiče 7LP vybaveny řadou pracovních funkcí pro ovládání brány.

Pokud jde o náklady a škálování, očekává se, že zisky z 7LP budou trochu atypické z obvyklého postupu uzlu výrobního procesu. Na jedné straně, 7 nm DUV umožní přes 50% škálování přes 14LPP, což není nic překvapivého vzhledem k tomu, že druhý používá 20 nm BEOL propojení. Protože však DUV 7 nm zahrnuje více vrstev, které vyžadují trojnásobné a čtyřnásobné vzorkování, bude skutečné snížení nákladů na matrici podle slévárny v rozmezí mezi 30% a 45% v závislosti na aplikaci.

Platforma GlobalFoundries 7 nm se nazývá 7LP - společnost se zaměřuje především na vysoce výkonné aplikace, nejen na SoC pro smartphony, což je v kontrastu s přístupem TSMC k 7 nm. GlobalFoundries má v úmyslu vyrábět řadu čipů pomocí této technologie, včetně procesorů pro vysoce výkonné výpočty, GPU, mobilních SoC, čipů pro letecký a obranný průmysl a automobilových aplikací. To znamená, že kromě vylepšené hustoty tranzistoru (až do 17 milionů bran na mm2 pro návrhy hlavního proudu) a frekvenčního potenciálu, GlobalFoundries také očekává zvýšení maximální velikosti zápustky čipů 7LP na přibližně 700 mm², z přibližně 650 mm² pro IC, které společnost dnes vyrábí. Ve skutečnosti, pokud jde o maximální velikost čipů čipů, existují určitá omezení související s nástroji.

Zveřejněné zlepšení PPA technologií nových technologií
Data vyhlášená společnostmi během konferenčních hovorů, tiskových zpráv a tiskových zpráv
GlobalFoundries
7nm Gen 1
vs 14LPP
7nm Gen 2
vs Gen 1
7nm Gen 3
vs Gen 1 / 2
Moc> 60%stejný*nižší
Představení> 40%stejný*vyšší
Snížení plochy> 50%žádnýano
* Vyšší výnosy by umožnily bezvadným návrhářům polovodičů ukládat čipy pro vyšší výkon nebo nižší výkon.

GlobalFoundries již několik čtvrtletí zpracovává testovací destičky s využitím technologie 7 nm pro klienty. Zákazníci společnosti již pracují na čipech, které budou vyrobeny pomocí procesní technologie DUV 7 nm, a společnost hodlá zahájit rizikovou výrobu takových IO na počátku 2018u. Právě teď klienti používají verzi 0.5 sady 7 nm (PDK) GlobalFoundries 'Process Design Kit (PDK) a koncem tohoto roku vydává slévárna PDK v. 0.9, což bude téměř konečná verze sady. Mějte na paměti, že velcí zákazníci GlobalFoundries (jako AMD) nepotřebují konečnou verzi PDK, aby mohli začít vyvíjet své CPU nebo GPU pro daný uzel, takže když GF hovoří o plánech komercializovat svůj výrobní proces 7LP, znamená především časné adoptory - velké báječné dodavatele polovodičů.

Kromě svých PDK má GlobalFoundries široké portfolio licencí pro ARM CPU IP, vysokorychlostní SerDes (včetně 112G) a možnosti balení 2.5D / 3D pro platformu 7LP. Pokud jde o velké zákazníky, je společnost GlobalFoundries připravena pro komerční výrobu čipů pomocí procesu výroby 7 nm DUV v 2018.

Fab 8 Připraveno pro 7LP, Příprava na EUV

Když už mluvíme o velkoobjemové výrobě pomocí procesu 7LP DUV, je třeba si uvědomit, že na začátku letošního roku GlobalFoundries oznámila plány na zvýšení produkční kapacity svého Fab 8. V současné době je výstup Fab 8 kolem 60,000 oplatky za měsíc (WSPM) a společnost očekává, že jej po dokončení vylepšení zvýší o 20% pro procesní technologii 14LPP.

Rozšíření nezahrnuje fyzické vylepšení budovy, což může naznačovat, že společnost hodlá instalovat pokročilejší skenery se zvýšenými výstupními schopnostmi. GlobalFoundries přirozeně nezveřejňuje podrobnosti o zařízení, které používá, ale novější skenery s vyšším výstupem a lepším výkonem překrytí a zaostření budou také hrát svou roli v HVM pomocí 7 nm DUV, který se spoléhá na čtyřnásobné vzorkování pro vybrané vrstvy.

Kromě vyspělejšího zařízení ASML TWINSCAN NXT DUV plánuje společnost GlobalFoundries nainstalovat v druhé polovině letošního roku do modelu Fab 8 dva skenery TWNSCAN NXE EUV. To je vlastně velký problém, protože pohádky současné generace nebyly vytvořeny s ohledem na nástroje EUV. Mezitím zařízení EUV zabírá více místa než zařízení DUV kvůli světelnému zdroji a dalším aspektům.

EUV: Mnoho problémů bylo vyřešeno, ale obavy přetrvávají

Použití vícenásobného modelování pro ultratenké procesní technologie je jedním z důvodů, proč průmysl potřebuje litografii, která používá extrémní ultrafialová vlnová délka 13.5 nm. Jak vášniví čtenáři vědí, průmysl se snaží vyvíjet nástroje EUV vhodné pro HVM, a přestože v poslední době došlo k významnému pokroku, EUV stále ještě není zcela v měřítku. To je přesně důvod, proč GlobalFoundries zaujímá opatrný přístup k EUV, který zahrnuje více generací. Nezapomeňte, že GlobalFoundries zřejmě nemá oficiální názvy pro různé iterace procesních technologií 7 nm. Jedinou věcí, o které společnost nyní mluví, je její „platforma 7LP s kompatibilitou EUV.“ Proto jsou všechna naše představení související s generacemi pouze pro lepší pochopení toho, co lze očekávat.

ASML vyvinula několik generací EUV skenerů a předvedla světelné zdroje s 205 W energie. Nejnovější skenery TWINSCAN NXE s nedávnými inovacemi prokázaly dostupnost, která přesahuje 60%, což je podle GlobalFoundries dost dobré pro zahájení jejich nasazení. Očekává se, že dostupnost se v souladu s nástroji DUV zvýší na 90%.

Mezitím stále existují obavy o ochranné pelety (filmy) pro fotomaskiny EUV, defekty masek a odolnost proti EUV. Na jedné straně současné granule zvládnou míry produktivity až do desek 85 za hodinu (WpH), což je výrazně pod 125 WpH plánovanou na tento rok. V podstatě to znamená, že stávající pelety nemohou zvládnout výkonné zdroje světla potřebné pro HVM. Jakýkoli defekt na granule může ovlivnit oplatky a výrazně nižší výnosy. Intel předvedl peletizované fotomaskry, které by mohly vydržet nad expozicí oplatky 200, ale nevíme, kdy se očekává, že takové pelety vstoupí do hromadné výroby. Na druhou stranu jsou pro uspokojivou drsnost hrany čáry (LER) a uniformitu lokálních kritických rozměrů (CD) požadovány výkonné zdroje světla především kvůli nedokonalostem odporů.

7 nm EUV Gen 1: Zlepšení výnosů, redukce cyklů

Vzhledem ke všem obavám souvisejícím s EUV začne GlobalFoundries vkládat EUV pro vybrané vrstvy do nabídky, aby se snížilo používání vícenásobného modelování (a pokud možno vyloučilo čtyřnásobné modelování obecně), čímž se zlepší výnosy. V tuto chvíli společnost nezveřejňuje, kdy plánuje začít používat nástroje EUV pro výrobu, pouze prohlašuje, že tak učiní „až bude připravena.“ Je nepravděpodobné, že EUV bude připravena v 2018, takže je logické očekávat, že společnost bude používat nástroje EUV nejdříve než 2019.

Takový přístup má velký smysl, protože umožňuje GlobalFoundries zvýšit výnosy pro své zákazníky a dozvědět se více o tom, co bude zapotřebí, aby se EUV připravila na HVM. V nejlepším případě bude GlobalFoundries schopen vyrábět návrhy vyvinuté pro 7 nm DUV s vícenásobným vzorováním pomocí technologie 7 nm EUV. Je však třeba mít na paměti dva faktory. Za prvé, vývojáři polovodičů každý rok vydávají nové produkty. Za druhé, GlobalFoundries začne zavádět nástroje EUV do výroby alespoň pár čtvrtin po spuštění prvních čipů DUV 7 nm. Proto je vysoce pravděpodobné, že první čipy založené na EUV vyráběné v GlobalFoundries budou spíše novými designy než čipy původně pohlcenými procesem all-DUV.

7 nm EUV Gen 2: Vyšší hustota tranzistoru a drsnost hrany

V závislosti na tom, jak rychle se odvětví zabývá současnými výzvami EUV týkajícími se masek, pelet, uniformity CD, LER a dalších věcí, GlobalFoundries nakonec zavede další generaci svého procesu EUV 7 nm.

Technologie EUV druhé generace 7 nm EUV od GlobalFoundries bude obsahovat vylepšené LER a lepší rozlišení, což společnost doufá, že umožní vyšší hustoty tranzistoru s nižším výkonem a / nebo vyšším výkonem. Ačkoli vzhledem k experimentální povaze technologie, která je za tímto procesem, očekáváte, že GlobalFoundries neříká, kdy mají být některé problémy vyřešeny a kdy může svým zákazníkům nabídnout vhodné služby.

Konečně 3rd Gen 7LP pravděpodobně zavede některá nová pravidla pro navrhování, která umožní škálování geometrie a / nebo vyšší frekvence / nižší výkon, ale obecně očekávám, že přechod k tomuto procesu by měl být relativně bezproblémový pro návrháře IC. Koneckonců, většina vrstev bude stále používat DUV. Jedinou otázkou je, zda GlobalFoundries bude muset do Fab 8 nainstalovat další skenery TWINSCAN NXE pro své technologické technologie EUV 2nd Gen 7 nm, což by také naznačovalo, že se zvýšil počet vrstev zpracovaných pomocí EUV.

5 nm EUV: Nastavitelné hradlo-všestranné FET

Týden předtím, než společnost GlobalFoundries zveřejnila své plány platformy 7LP, IBM a jejich partneři ve spolupráci s Research Alliance (GlobalFoundries a Samsung) předvedli destičku zpracovanou pomocí výrobního procesu 5 nm. Integrované obvody na destičce byly postaveny za použití tranzistorů z křemíkových nanosoborů (známých jako brány typu FET [GAA FET]) a zdá se, že v budoucnu budou stavebními bloky pro polovodiče. Velkou otázkou samozřejmě je, kdy.

GAA FET vyvinuté IBM, GlobalFoundries a Samsung stohují křemíkové nanosheety tak, že každý tranzistor má nyní čtyři brány. Klíčovou věcí GAA FET je, že šířka nanosheetů může být upravena v rámci jednoho výrobního procesu nebo dokonce v rámci návrhu integrovaného obvodu tak, aby doladil výkon nebo spotřebu energie. Pokud jde o vylepšení související s výkonem / výkonem / oblastí (PPA), IBM tvrdí, že ve srovnání s výrobním procesem 10 nm technologie 5 nm nabízí zlepšení výkonu 40% při stejném výkonu a složitosti, nebo 75% úspory energie při stejná frekvence a složitost. Mějte však na paměti, že zatímco se IBM účastní Aliance, oznámení IBM neodrážejí skutečné procesní technologie vyvinuté GlobalFoundries nebo Samsung.

IBM, GlobalFoundries a Samsung tvrdí, že úpravy GAA FET byly provedeny pomocí EUV, což je logické, protože tyto tři společnosti používají skener ASML TWINSCAN NXE v komplexu SUNY Polytechnic Institute NanoTech Complex (v Albany, NY) pro práci ve výzkumu a vývoji. Technicky je možné vyrábět GAA FET s použitím DUV zařízení (za předpokladu, že je možné získat správné CD, LER, doby cyklu atd.), Ale zbývá vidět, jak významně bude proces a konstrukce 5 nm záviset Nástroje EUV.

Industry FinFET Lithography Roadmap, HVM Start
Data vyhlášená společnostmi během konferenčních hovorů, tiskových zpráv a tiskových zpráv
201620172018201920202021
1H2H1H2H1H2H1H2H
GlobalFoundries14LPP7nm DUV7nm s EUV *5nm (?)
Intel14 nm
14 nm +
14 nm ++
10 nm
10 nm +
10 nm ++
Samsung14LPP
14LPC
10LPE10LPP8LPP
10LPU
7LPP6 nm * (?)
SMIC28 nm **14 nm ve vývoji
TSMCCLN16FF + CLN16FFCCLN10FF
CLN16FFC
CLN7FF
CLN12FFC
CLN12FFC /
CLN12ULP
CLN7FF +5 nm * (?)
UMC28 nm **14nmžádné údaje
* Přesné načasování nebylo oznámeno
** Planární

Ani jeden ze tří členů Research Alliance nemluvil o časovém rámci 5 nm HVM, ale divoký odhad by dal 5 nm EUV do 2021 (pokud ne později).

Některé myšlenky

Zabalení věcí na základě nedávných oznámení vypadá, že je stále pravděpodobnější, že EUV to ve skutečnosti vyřadí z laboratoře a uvede do výroby velkého objemu. V posledních několika týdnech GlobalFoundries a dva z jejích vývojových partnerů učinili několik oznámení týkajících se EUV obecně a stále více ji nazývají součástí své budoucnosti. To neznamená, že nemají plán B s vícenásobným vzorem, ale vypadá to, že EUV je nyní součástí střednědobé budoucnosti, nikoli dlouhodobé. Přesto se říká, že nikdo nedává termín pro EUV déle, než „když je připraven“.

Stejně jako dříve GlobalFoundries (stejně jako jiné slévárny), by zavedení zařízení EUV do jejich výrobního toku bylo postupné. Společnost plánuje v letošním roce nainstalovat dva skenery, které by je používaly pro hromadnou výrobu několik čtvrtlet po silnici, ale GlobalFoundries za to neudělala žádná další oznámení. Konečně, zatímco budoucnost EUV vypadá jasněji, technologie stále není připravena na hlavní čas a zatím nikdo neví, kdy konečně splní všechny potřebné metriky pro objemovou výrobu.

A konečně, obecně řečeno o platformě 7LP, je zajímavé, že GlobalFoundries se bude primárně zaměřovat na vysoce výkonné aplikace s novou technologií, a nikoli na mobilní SoC, jako na některé jiné smluvní smlouvy. To navzdory skutečnosti, že platforma 7LP podporuje velmi nízká napětí (0.65 V) a měla by být schopna řešit mobilní aplikace. Takže z hlediska výkonu / výkonu / oblasti, zatímco výrobní proces 7LP vypadá docela konkurenceschopně, zbývá vidět, jak partneři GlobalFoundries využijí možnosti nového procesu.

Zdroj

Napsat komentář

Tyto stránky používají Akismet k omezení spamu. Zjistěte, jak jsou vaše údaje komentářů zpracovávány.