פורום טכנולוגיות פלטפורמה נפוץ: ייצור שבבים במהירות 14nm ומטה

אתמול השתתפתי בפורום Common Platform Technology, בו יבמ, Globalfoundries וסמסונג הציגו את הטכנולוגיה בה הם ישתמשו לייצור שבבים בעתיד. קבוצה זו, שהוקמה במקור על ידי IBM כדי להפיץ את הטכנולוגיות שלה לייצור שבבים, נוקטת למעשה בתהליך בסיסי שנוצר על ידי יבמ ושותפיה, ואז מעבירה אותה ל- Globalfoundries וסמסונג לייצור בנפח גדול.

להלן נקודות השיא:

נראה כי פיתוח טכנולוגיית תהליכים FinfET בגודל 14nm (יצירת טרנזיסטורים דמוי תלת מימד) נמצא על המסלול, ככל הנראה עם היציקה המתחילה את הייצור בשנת 2014 ומוצרים המבוססים על ייצור זה עשויים להופיע עד 2015. (אינטל כבר שולחת FinFETs, שאותם היא מכנה טרנזיסטורים "Tri-Gate", ב -22 ננומטר, אולם אינטל שונה בכך שהיא בעיקר לקוחה שלה, עם תכנון בסיסי יחיד, ובתי היציקה צריכים לתמוך במגוון רחב יותר של לקוחות.) שימו לב כי גרסת הפלטפורמה המשותפת של תהליך זה. כפי שנידון קודם לכן על ידי Globalfoundries, משלב טכנולוגיית FinFET ב"קצה הקדמי "עם אותו" אחורי סוף "כמו תהליך ה- 20nm.

אף שכולם מסכימים עם ליטוגרפיה של EUV (אולטרה סגול קיצוני) יהיה צורך מתישהו בעתיד, לוקח זמן רב יותר להתמודד ולהתמודד עם יותר סוגיות מהצפוי. כעת סביר להניח שזה לא יהיה בשימוש עד לייצור 7nm או אפילו מאוחר יותר.

במקום בו קבוצת Common Platform דיברה פעם על הפיכת התהליכים שלה לזהים מכל אחד מהיצרנים שלה, כך שלקוחות יוכלו לנדוד מאחד לשני בקלות, נראה שהמיקוד כעת הוא על יצירת טכנולוגיית תהליכי ליבה ואז מתן היציקה האישית (Globalfoundries ו- Samsung) התאם אותם ללקוחות הספציפיים שלהם.

העברה לייצור 20nm ו- 14nm לא תיצור הפחתת עלות רבה ככל הטרנזיסטור, כפי שהיצרנים צפו מצמתים חדשים של תהליכים. (בדרך כלל אתה מקבל פעמיים יותר טרנזיסטורים לכל צומת - חוק מור - אך בעלות מעט גבוהה יותר.) אבל 20 ננומטר מוסיף עלות רבה יותר מכיוון שהוא ידרוש "דפוס כפול" של ליטוגרפיה בפעם הראשונה, והצומת של 14 ננומטר הוא ה- Common שותפי פלטפורמה מדברים עליהם הוא לא ממש הצטמקות מלאה, מכיוון שהיא משתמשת ב -20nm "back-end". אולם המנהלים אמרו כי הם מצפים לחזור לכלכלה הרגילה במעבר ל -10 ננומטר.

להלן כמה פרטים:

מייק קדיגן, סמנכ"ל IBM Microelectronics, דיבר על ההתפתחות של הפלטפורמה המשותפת בעשר השנים האחרונות. זה עבר מקבוצה שנועדה ליצור אלטרנטיבה למנהיג היציקה TSMC לקבוצה שכוללת כעת את היציקה מספר שתיים ושלוש (Globalfoundries ו- Samsung Semiconductor), המבוססת על טכנולוגיה שמגיעה ממחקר של IBM וחברות אחרות. בפרט הוא הצביע על מתקן מחקר ופיתוח מוליכים למחצה חדש באלבני, ניו יורק, שנבנה בשיתוף עם המדינה ושותפים, שם IBM עובדת כעת עם חמשת ספקי הציוד המובילים שלה בפרויקטים כמו פיתוח EUV.

קדיגן (לעיל) רמז לקושי לעבור לדור הטכנולוגיה הבא. "כולנו נמצאים על הליכון", אמר, אך הציע כי מודל הפלטפורמה המשותפת מעניק לחבריה את היכולת למנף את העבודה שנעשתה על ידי החברים ושותפיהם.

"התעשייה שלנו חיונית לחברה", אמר וציין כיצד הסיליקון מניע את הכל, החל בסמארטפונים למכוניות בנהיגה עצמית וכלה במכשירי בריאות חדשים, הם מכשירים.

מאוחר יותר, בישיבת שאלה ותשובה, אמר כי חלו שינויים משמעותיים באופן בו קבוצת הפלטפורמה המשותפת עובדת לאורך השנים. התהליך הקודם כלל יבמ ביצירת הטכנולוגיה הבסיסית והעמדתה לעבודה במפעל הייצור שלה במזרח פישקיל, ואז העבירה את כל התהליך לשותפיה. כעת, אמר, ברגע ש- IBM עובדת הטכנולוגיה הבסיסית, היא עוברת ישירות ל- Globalfoundries וסמסונג, ומזרזת את זמן השוק.

יבמ אומרת כי ביצוע שבבים מתמודד עם אי-רציפות משמעותית

גארי פאטון, סגן נשיא מרכז המחקר והפיתוח של סמיקונדקטור של יבמ, נתן את הצלילה העמוקה לטכנולוגיה, ושוחח על האתגרים העומדים בפני יצרני השבבים בשנים הבאות.

"אנחנו באי-רציפות, " אמר פאטון (לעיל), כשביצוע השבבים עבר שינוי גדול. הוא אמר שזו לא הפעם הראשונה שהתעשייה רואה בעיות כאלה, והיא גם לא תהיה האחרונה. התעשייה הגיעה לגבולות הפיזיים של CMOS מישוריים ותחמוצת שערים, ולכן היא נאלצה לעבור לסיליקון מתוח ולחומרים בשער מתכת גבוה. כעת, הוא אמר, אנחנו בגבול המכשירים המישוריים, ולכן עלינו לעבור ל"עידן התלת מימד ", הן מבחינת הטרנזיסטורים עצמם (כלומר, FinFETs) והן באריזות באמצעות מושגים כמו ערמת שבבים. בעשור הבא, הוא אמר, נגיע לגבול הממדים האטומיים ונצטרך לעבור לטכנולוגיות כמו ננו-צינורות סיליקון, צינורות פחמן ופוטוניקה.

כדי לבצע את כל העבודה הזו, חשוב שבתי היציקה כבר לא יתנהגו כמו חברות ייצור, אלא יעבדו עם לקוחותיהם וספקי הכלים ב"שיפור אופטימיזציה "/ טכנולוגי, שבו התהליך פועל יותר כמו" IDM וירטואלי ". "(יצרן מכשירים משולב).

פאטון נגע בצורך בהמשך המחקר, דיבר על מתקני המחקר של יבמ ביורקטאון, אלמדן וציריך ואיך זו השנה העשרים ברציפות שהוענקו ליבמ את מירב הפטנטים. הוא דיבר גם על חשיבותם של שותפים, ובמיוחד הצביע על מתקן המחקר של אלבני ננוטק, שנבנה בשותפות עם מדינת ניו יורק וסוני / אלבני CNSE, יחד עם Sematech ושלל ספקי חומרים וציוד.

חלק מרוב שיחותיו התרכזו באתגרים העומדים בפני EUV, אותם כינה "השינוי הגדול ביותר בתולדות ענף הליטוגרפיה". הוא ציין כי אם EUV יהיה מוכן לצאת במהירות 7nm, הוא יפיק תמונות פריכות יותר, ובכך יביאו ביצועים טובים יותר מאשר טכנולוגיות אחרות. אבל יש אתגרים גדולים. ראשית, לציוד EUV יש כעת רק מקור כוח של 30 וואט והוא צריך להגיע ל -250 וואט לייצור חסכוני. זה ידרוש שיפור כמעט פי עשרה. נושא אחר הוא טיפול בבקרת פגמים במסכת EUV.

כפי שהוא תיאר את התהליך, זה נראה כמעט כמו מדע בדיוני: אתה מתחיל בריסוס פח מותך במהירות 150 מיילים לשעה, מכה אותו בלייזר בדופק שקדם לו כדי להפיץ אותו, מפוצץ בלייזר אחר כדי ליצור פלזמה ואז הקפצו על מראות האור בכדי ליצור את קרן האור בפועל וודאו שהיא פוגעת בוופל בנקודה הנכונה. הוא השווה את זה בניסיון לפגוע בבייסבול באזור סנטימטר לאותה נקודה בדיוק ביציעים 10 מיליארד פעמים ביום.

יבמ עובדת עם יצרנית הליטוגרפיה ASML ויצרנית מקור האור Cymer (ש- ASML נמצאת בתהליך רכישה) כדי לעזור להאיץ את EUV לשוק. מתקן המחקר באלבני נועד להיות "מרכז מצוינות" ו- IBM מקווה להשיג כלים שם עד אפריל. פטון אמר שזה לא יהיה מוכן לייצור 14nm או 10nm, אך יתכן שהוא יהיה 7nm ואילך.

בינתיים, יבמ עושה הרבה עבודה עם שיפור התשואות באמצעות דפוסים מרובים, הכרוך בשימוש במספר מסכות. בשעה 20nm זה כרוך בדוגמה כפולה, שבה משתמשים במספר מסכות ליצירת הדפוסים. אך כדי לייעל זאת דורש עבודה רבה, כך שיבמ עבדה עם ספקי עיצוב כלי ה- EDA כך שמעצבי השבבים יוכלו לנקוט זרימת עיצוב תאים סטנדרטית או ליצור זרימה בהתאמה אישית, אך עדיין להיות יעילים יותר.

בשעה 10nm הוא דיבר על שימוש בטכניקות אחרות, כגון העברת תמונות לדפנות (SIT) והכוונה עצמית של הרכבה עצמית, שם הכימיה עוזרת לפריסת הטרנזיסטור. הרעיון כאן הוא שבמקום דפוסים מרובעים, עדיין תוכלו לעשות דפוסים כפולים, שאמורים להיות הרבה פחות יקרים.

פאטון גם העביר זמן רב בשיחות על הצורך במבני מכשירים חדשים. FinFETs קיימים נאבקים מבעיות ביצועים ושונות, אך IBM עובדת על יצירת להקות צרות יותר לשיפור סוגיות אלה.

בשעה 7nm ואילך, הוא אמר, יהיה צורך במבני מכשירים חדשים, כגון צינורות ננו-סיליקון וננו-צינורות פחמן. צינורות פחמן יש פוטנציאל להציע שיפור פי עשרה בכוח או בביצועים, אך יש לו אתגרים משלו, כמו הצורך להפריד בין צינורות פחמן מוליכים למחצה ומוליכים אותו למקום הנכון על השבב. לאחרונה הודיעה יבמ כי יש לה יותר מ -10, 000 צינורות פחמן עובדים על שבב.

תחום עניין נוסף הוא שיפור הקשרים, ופטון אמר כי בין 4nm ל- 8nm, הענף יעבור לננופוטוניקה. הוא דן בהדגמה האחרונה של IBM על שבב המשלב פוטוניקה עם סיליקון.

בסופו של דבר המטרה היא לשלב תלת מימד ופוטוניקה יחד על שבב יחיד. פאטון סיכם בכך שדיבר על שבב שהיה רוצה לראות עם שלושה מטוסים: אחד עם היגיון עם כ -300 ליבות; אחר עם זיכרון (עם DRAM משובץ ב- 30 ג'יגה-בתים); ומישור פוטוני נוסף המספק רשת אופטית על גבי שבב.

Globalfoundries וסמסונג מבטיחים ייצור מלא של וופרס 14nm בשנת 2014

נציגי Globalfoundries וגם סמסונג דיברו על האופן בו הם עומדים באתגרים של מעבר ל- 14nm ו- FinFETs.

מייק נונן, סמנכ"ל שיווק, מכירות, איכות ועיצוב עבור Globalfoundries, דיבר על האופן בו החברה מציגה השנה 20nm בהספק נמוך. היא כבר הודיעה על תהליך ה- 14XM שלה, שמשתמש ב- FinFETs עם 14nm עם קו אחורי משתלם יותר. לדבריו, גלובלפונדרס צופה ייצור מוקדם של 14 ננומטר השנה, עם ייצור מלא של תהליך 14XM במחצית הראשונה של 2014.

בין השאר, נוונן (למעלה) דיבר על שותפויות ב- 14XM, כולל עבודה עם Synopsys על כלים לעיצוב, רמבוס לחיבורים, ו- ARM עם ה- IP הפיזי Artisan שלה. לדבריו, Cortex-A9 בעל ליבה כפולה מציג 62 אחוז הפחתת חשמל או שיפור ביצועים של 61 אחוזים על 14XM בהשוואה לתהליך 28SLP של היציקה.

במבט נוסף קדימה, Globalfoundries מרחיבה את ה- Fab 8 שלה במלטה, ניו יורק, ומקווה להפיק ייצור מלא של 10nm (10XM) במחצית השנייה של 2015.

ק.ח. קים, סמנכ"ל סמסונג אלקטרוניקה, העומד בראש פעולות היציקה של סמסונג, אמר כי הרבה אנשים בתעשייה היו סקפטיים ביחס לגישה "שער ראשון" של Common Platform Alliance לייצור שערים גבוהה / מתכת, אך זה היה "ממש מצליח" לסייע לחברה להגדיל את חיי הסוללה ואת ביצועי המעבדים הסלולריים.

החברה מוכנה להציע טכנולוגיית FinFET בגודל 14nm, מכיוון שטכנולוגיות מישוריות תת-20nm אינן יכולות לספק ביצועים מקובלים. קים (לעיל) אמר שיש שלושה אתגרים עיקריים עם טכנולוגיות FinFET: התמודדות עם וריאציות של תהליכים, בעיות ברוחב הערוץ, ודוגמנות וחילוץ תלת ממדי. אולם בין יבמ, סמסונג וגלובלפונדרס, סמסונג מחזיקה במספר הפטנטים והפרסומים המובילים בטכנולוגיית תלת מימד וכך קבוצת Common Platform התמודדה עם אתגרים אלה.

במיוחד דיבר קים על "פיתוח תהליכי ISDA" כדי להתמודד עם שונות ועמידות טפילית; יצירת ערכת פיתוח באמצעות עבודה עם UC Berkeley, CMG וספקי הכלים Synopsys, Cadence ו- Mentor Graphics; ורישוי IP של ARM, Synopsys ו- Bits אנלוגי כדי להקל על עיצובים של שבבים ליצור עיצובים של 14nm System-on-Chip.

בעבודה עם ARM וקיידנס, אמר כי סמסונג יצרה את העיצובים הראשונים של ה- Cortex-A7 עם FinFETs, והיא מוכנה להציע FinFETs ללקוחותיה. השנה היא בעיקר שנה לאימות ולעיצוב, אמרה קים, עם הייצור המלא שיגיע בשנה הבאה. הוא ציין כי כיום יש לסמסונג שתי בתי יציקה, S1 בקוריאה ו- S2 באוסטין, טקסס. היא בונה מפעל חדש בקוריאה המיועד לייצור 20nm ו- 14nm, אשר אמור להתחיל לפעול בסוף 2014 או בתחילת 2015.

בפגישת שאלה ותשובה התייחס קדיגן לנושאים של מעבר לפלים של 450 מ"מ לייצור שבבים, לעומת 300 מ"מ פרוסות הנפוצה שכיום. הוא ציין קונסורציום חדש שפיתח טכנולוגיה של 450 מ"מ באלבני, ניו יורק, ואמר כי בעוד שהזמן עדיין באוויר, הוא מצפה כי אימוץ התעשייה של 450 מ"מ יהיה "לקראת החלק האחרון של העשור הזה." הוא אמר שהוא יצפה מ- EUV שיצא לשוק תחילה ב -350 מ"מ, וזמן קצר אחר כך בגודל 450 מ"מ.

נואן סיכם את אותה מושב בכך שכינה את יצירת השבבים "העסק המורכב ביותר בתולדות האנושות", וברור שהוא כרוך בסדרת פריצות דרך טכנולוגיות מדהימות.