Общий технологический форум по платформам: изготовление чипов на 14 нм и ниже

Вчера я посетил Форум технологий Common Platform, на котором IBM, Globalfoundries и Samsung представили технологию, которую они будут использовать для производства чипов в будущем. Эта группа, изначально созданная IBM для распространения своих технологий изготовления чипов, по сути берет на себя базовый процесс, созданный IBM и ее партнерами, а затем перемещает его в Globalfoundries и Samsung для массового производства.

Вот основные моменты:

Похоже, что разработка технологии процесса FinFET 14 нм (создание транзисторов в стиле 3D) идет полным ходом, скорее всего, литейные заводы начнут производство в 2014 году, а продукты на основе этого производства могут появиться к 2015 году. (Intel уже выпускает FinFET, которые она называет Транзисторы "Tri-Gate", 22 нм, но Intel отличается тем, что в первую очередь является собственным заказчиком с единой базовой конструкцией, и литейным заводам необходимо поддерживать гораздо более широкий круг клиентов.) Обратите внимание, что версия Common Platform этого процесса, как обсуждалось ранее Globalfoundries, объединяет технологию FinFET на «переднем конце» с тем же «задним числом», что и 20-нм процесс.

Хотя все согласны с тем, что в будущем когда-нибудь потребуется литография EUV (экстремальная ультрафиолетовая), для ее разработки требуется больше времени, и она сталкивается с большим количеством проблем, чем ожидалось. Теперь он вряд ли будет использоваться до 7 нм производства или даже позже.

В то время как группа Common Platform когда-то говорила о том, чтобы сделать свои процессы идентичными у каждого из своих производителей, чтобы клиенты могли легко переходить от одного к другому, в настоящее время, похоже, основное внимание уделяется созданию технологии основного процесса и последующему предоставлению отдельным литейным предприятиям (Globalfoundries и Samsung). настроить их для своих конкретных клиентов.

Переход на производство 20 нм и 14 нм не приведет к такому сокращению затрат на один транзистор, как производители ожидают от новых узлов процесса. (Как правило, вы получаете вдвое больше транзисторов на узел - закон Мура, - но с несколько более высокой стоимостью.) Но 20 нм добавляет больше затрат, потому что это потребует «двойной схемы» литографии в первый раз, а 14 нм - общего Партнеры по платформе говорят о том, что на самом деле это не полный спад, поскольку в нем используется 20-нм «бэкэнд». Но руководители заявили, что они рассчитывают вернуться к нормальной экономике при переходе на 10 нм.

Вот некоторые детали:

Майк Кэдиган, вице-президент IBM Microelectronics, рассказал о том, как развивалась общая платформа за последние 10 лет. Он превратился из группы, созданной для создания альтернативы литейному лидеру TSMC, в группу, которая теперь включает литейные предприятия номер два и три (Globalfoundries и Samsung Semiconductor), основанные на технологии, разработанной IBM Research и другими компаниями. В частности, он указал на новый научно-исследовательский центр по производству полупроводников в Олбани, штат Нью-Йорк, построенный совместно с государством и партнерами, где IBM в настоящее время работает со своими пятью основными поставщиками оборудования в таких проектах, как разработка EUV.

Cadigan (выше) намекал на трудность перехода к следующему поколению технологий. «Все мы на беговой дорожке», - сказал он, но предположил, что модель Common Platform дает своим членам возможность использовать работу, проделанную участниками и их партнерами.

«Наша отрасль жизненно важна для общества», - сказал он, отметив, что кремний управляет всем - от смартфонов до автомобилей с самостоятельным вождением и до новых медицинских устройств - это устройства.

Позже, на сессии вопросов и ответов, он сказал, что за эти годы в работе группы Common Platform произошли значительные изменения. В предыдущем процессе IBM создавала базовую технологию и применяла ее на своем заводе East Fishkill, а затем передавала весь процесс своим партнерам. Теперь, по его словам, после того, как IBM освоит базовую технологию, она напрямую переходит к Globalfoundries и Samsung, что сокращает время выхода на рынок.

IBM заявляет, что чипостроение сталкивается с серьезными нарушениями

Гэри Паттон (Gary Patton), вице-президент Центра исследований и разработок IBM Semiconductor, подробно рассказал об этой технологии, обсудив проблемы, стоящие перед производителями микросхем в ближайшие годы.

«Мы находимся в процессе», - сказал Паттон (вверху), в процессе производства чипов произошли серьезные изменения. Он сказал, что это не первый раз, когда отрасль сталкивается с такими проблемами, и не будет последним. Промышленность достигла физических пределов плоской КМОП и оксида затвора, поэтому ей пришлось перейти на деформированный кремний и материалы с затвором с высоким содержанием K / металла. Теперь, по его словам, мы находимся на пределе планарных устройств, поэтому нам нужно перейти к «эре 3D», как с точки зрения самих транзисторов (то есть, FinFET), так и с точки зрения упаковки, используя такие концепции, как укладка микросхем. В следующем десятилетии, сказал он, мы достигнем предела атомных размеров, и нам нужно будет перейти к таким технологиям, как кремниевые нанопроволоки, углеродные нанотрубки и фотоника.

Для того, чтобы все это работало, важно, чтобы литейные предприятия больше не действовали просто как производственные компании, а работали со своими клиентами и поставщиками инструментов в рамках совместной оптимизации дизайна / технологии, в которой процесс больше похож на «виртуальный IDM». "(Производитель интегрированных устройств).

Паттон затронул вопрос о необходимости продолжения исследований, рассказав об исследовательских центрах IBM в Йорктауне, Алмадене и Цюрихе и о том, как в течение двадцатого года подряд IBM получала большинство патентов. Он также рассказал о важности партнеров, в частности, упомянув о Научно-исследовательском центре по нанотехнологиям в Олбани, который был построен в партнерстве с штатом Нью-Йорк и CNSE Suny / Albany, а также с Sematech и множеством поставщиков материалов и оборудования.

Большая часть его выступления была посвящена проблемам, стоящим перед EUV, которые он назвал «крупнейшим изменением в истории индустрии литографии». Он отметил, что если EUV будет готова к использованию на 7 нм, он будет давать более четкие изображения и, следовательно, более эффективные чипы, чем другие технологии. Но есть большие проблемы. Начнем с того, что оборудование EUV теперь имеет только 30-ваттный источник питания, а для экономически эффективного производства необходимо 250 ватт. Это потребовало бы почти десятикратного улучшения. Другая проблема связана с контролем дефектов маски EUV.

Как он описал процесс, он выглядит почти как научная фантастика: вы начинаете с распыления расплавленного олова со скоростью 150 миль в час, ударяете его лазером в предварительном импульсе, чтобы распределить его, взрываете другим лазером, чтобы создать плазму, а затем отражать свет от зеркал, чтобы создать настоящий луч света и убедиться, что он попадает на пластину в нужной точке. Он сравнил это с попыткой попадания бейсбола в однодюймовую зону в одно и то же место на трибунах 10 миллиардов раз в день.

IBM работает с производителем литографии ASML и производителем источников света Cymer (который ASML находится в процессе приобретения), чтобы помочь ускорить выход EUV на рынок. Исследовательский центр в Олбани спроектирован, чтобы стать «центром передового опыта», и теперь IBM надеется, что инструменты появятся там к апрелю. Паттон сказал, что это не будет готово для производства 14 нм или 10 нм, но может быть для 7 нм или позже.

В то же время IBM проделывает большую работу по повышению доходности, используя множественные паттерны, которые включают использование нескольких масок. На 20 нм это включает двойной паттерн, где для создания паттернов используются несколько масок. Но чтобы сделать это эффективным, требуется много работы, поэтому IBM работает с поставщиками разработки инструментов (EDA), чтобы разработчики микросхем могли использовать стандартный процесс проектирования ячеек или создать собственный поток, но при этом быть более эффективными.

В 10 нм он говорил об использовании других методов, таких как передача изображений боковой стенки (SIT) и направленная самостоятельная сборка, где химия помогает компоновке транзистора. Идея здесь в том, что вместо четырехкратного паттернирования вы все равно можете сделать двойной паттерн, что должно быть намного дешевле.

Паттон также провел много времени, рассказывая о том, как нужны новые структуры устройств. Существующие FinFET борются с проблемами производительности и изменчивости, но IBM работает над созданием более узких полос для улучшения этих проблем.

По его словам, при длине волны 7 нм и более потребуются новые структуры устройств, такие как кремниевые нанопроводы и углеродные нанотрубки. Углеродные нанотрубки могут предложить десятикратное улучшение как по мощности, так и по производительности, но у них есть свои проблемы, такие как необходимость отделять металлические от полупроводниковых углеродных нанотрубок и размещать их в нужном месте на чипе. IBM недавно объявила, что на ее чипе сейчас находится более 10 000 работающих углеродных нанотрубок.

Другая область интереса - улучшение межсоединений, и Паттон сказал, что между 4 нм и 8 нм индустрия перейдет на нанофотонику. Он рассказал о недавней демонстрации IBM чипа, который сочетает в себе фотонику с кремнием.

В конечном счете, цель состоит в том, чтобы объединить 3D и фотонику вместе на одном чипе. В заключение Паттон рассказал о микросхеме, которую он хотел бы увидеть с тремя плоскостями: одна с логикой с примерно 300 ядрами; другой с памятью (с 30 ГБ встроенной DRAM); и другая фотонная плоскость, обеспечивающая встроенную оптическую сеть.

Globalfoundries и Samsung обещают полное производство 14-нм вафли в 2014 году

Представители Globalfoundries и Samsung рассказали о том, как они справляются с задачами перехода на 14 нм и FinFET.

Майк Ноонен, исполнительный вице-президент по маркетингу, продажам, качеству и дизайну Globalfoundries, рассказал о том, как в этом году компания внедряет 20-нм техпроцесс с низким энергопотреблением. Компания уже анонсировала процесс 14XM, в котором используются 14-нм FinFET с более экономичным бэкэндом. Он сказал, что в этом году Globalfoundries планирует начать производство 14 нм, а в первом полугодии 2014 года - 14XM.

Среди прочего, Noonen (выше) говорил о партнерстве в 14XM, включая работу с Synopsys над инструментами проектирования, Rambus для межсоединений и ARM с его физическим IP-адресом Artisan. Он сказал, что двухъядерный Cortex-A9 демонстрирует снижение энергопотребления на 62% или 61% на 14XM по сравнению с процессом 28SLP, применяемым в литейном производстве.

Заглядывая еще дальше, Globalfoundries расширяет свою Fab 8 на Мальте, штат Нью-Йорк, и надеется получить полную добычу 10 нм (10XM) во второй половине 2015 года.

К. Х. Ким, исполнительный вице-президент Samsung Electronics, который возглавляет литейные операции Samsung, сказал, что многие в отрасли скептически относятся к подходу Common Platform Alliance к принципу «первые ворота» к производству высокопрочных / металлических ворот, но это было «действительно успешно», помогая компании увеличить время автономной работы и производительность мобильных процессоров.

Компания готова предложить 14-нм технологию FinFET, так как планарные технологии менее 20 нм не могут обеспечить приемлемую производительность. Ким (выше) сказал, что есть три основные проблемы с технологиями FinFET: работа с изменениями процесса, проблемы ширины канала, а также 3D-моделирование и извлечение. Но между IBM, Samsung и Globalfoundries Samsung имеет ведущее количество патентов и публикаций в области 3D-технологий, и поэтому группа Common Platform решила эти проблемы.

В частности, Ким говорила о «развитии процесса ISDA» для решения проблем вариативности и паразитической устойчивости; создание комплекта для разработки в сотрудничестве с UC Berkeley, CMG и поставщиками инструментов Synopsys, Cadence и Mentor Graphics; и лицензирование IP от ARM, Synopsys и аналоговых битов, чтобы упростить процесс разработки микросхем 14nm System-on-Chip.

Работая с ARM и Cadence, он сказал, что Samsung создал первые конструкции Cortex-A7 с FinFET и готов предложить своим клиентам FinFET. По словам Ким, этот год в основном год валидации и проектирования, а в следующем году будет запущено полное производство. Он также отметил, что у Samsung в настоящее время есть два литейных завода, S1 в Корее и S2 в Остине, штат Техас. Он строит новый завод в Корее, рассчитанный на производство 20 и 14 нм, который планируется запустить в конце 2014 года или в начале 2015 года.

На сессии вопросов и ответов Cadigan рассмотрел вопрос о переходе на 450 мм пластины для производства чипов по сравнению с 300 мм пластинами, которые сейчас распространены. Он отметил новый консорциум, разрабатывающий технологию 450 мм в Олбани, штат Нью-Йорк, и сказал, что, хотя время еще не истекло, он ожидает, что внедрение 450 мм в промышленности будет «ближе к концу этого десятилетия». Он сказал, что ожидает, что EUV выйдет на рынок сначала с 350 мм, а вскоре после этого с 450 мм.

Ноонен завершил эту сессию, назвав производство чипов «самым сложным бизнесом в истории человечества», и стало ясно, что оно включает в себя серию удивительных технологических прорывов.