Video: Chip Manufacturing - How are Microchips made? | Infineon (Listopad 2024)
Včera jsem se zúčastnil technologického fóra Common Platform Technology Forum, kde IBM, Globalfoundries a Samsung představily technologii, kterou budou v budoucnu používat k výrobě čipů. Tato skupina, původně založená společností IBM za účelem distribuce technologií výroby čipů, v zásadě vyžaduje základní proces vytvořený společností IBM a jejími partnery a poté ji přesouvá do společností Globalfoundries a Samsung pro velkoobjemovou výrobu.
Zde jsou hlavní body:
Zdá se, že vývoj technologické technologie 14nm FinFET (vytváření tranzistorů typu 3D) je na dobré cestě, s největší pravděpodobností se slévárnami, které začínají s výrobou v roce 2014, a produkty založené na této produkci se pravděpodobně objeví do roku 2015. (Intel již dodává FinFETy, které volá Tranzistory „Tri-Gate“, na 22nm, ale Intel se liší v tom, že je to především jeho vlastní zákazník, s jediným základním designem, a slévárny musí podporovat mnohem širší okruh zákazníků.) Všimněte si, že verze tohoto procesu na společné platformě, jak již dříve diskutoval Globalfoundries, kombinuje technologii FinFET na „front-end“ se stejným „back-end“ jako jeho 20nm proces.
I když každý souhlasí s litografií EUV (extrémní ultrafialová), někdy to v budoucnu bude nutné, ale vývoj a řešení více problémů, než se očekávalo, trvá déle. Nyní nebude pravděpodobné, že bude používán až do produkce 7nm nebo dokonce později.
Tam, kde skupina Common Platform kdysi hovořila o tom, aby byly její procesy identické s každým z jejích výrobců, aby zákazníci mohli snadno přecházet z jednoho na druhého, se nyní zdá, že je kladen důraz na vytvoření základní technologie procesu a poté na jednotlivé slévárny (Globalfoundries a Samsung). přizpůsobte je svým konkrétním zákazníkům.
Přechod na výrobu 20nm a 14nm nevytvoří tolik snížení nákladů na tranzistor, jak výrobci očekávali od nových procesních uzlů. (Obvykle získáte dvakrát tolik tranzistorů na uzel - Mooreův zákon - ale s mírně vyššími náklady.) 20nm však zvyšuje náklady, protože to bude vyžadovat poprvé „dvojité vzorování“ litografie a 14nm uzel Common Partneři platformy hovoří o tom, že se ve skutečnosti neomezuje, protože používá 20nm "back-end". Vedoucí pracovníci však uvedli, že očekávají návrat k normální ekonomice při přechodu na 10 nm.
Zde jsou některé podrobnosti:
Mike Cadigan, viceprezident společnosti IBM Microelectronics, hovořil o vývoji společné platformy za posledních 10 let. Jde o skupinu navrženou za účelem vytvoření alternativy k slévárenskému vůdci TSMC k té, která nyní zahrnuje slévárny číslo dvě a tři (Globalfoundries a Samsung Semiconductor), založené na technologii, která pochází z výzkumu IBM a dalších společností. Zejména poukázal na nové polovodičové výzkumné a vývojové zařízení v Albany v NY, postavené ve spolupráci se státem a partnery, kde IBM nyní spolupracuje se svými pěti nejlepšími dodavateli zařízení na projektech, jako je vývoj EUV.
Cadigan (nahoře) zmínil obtíže s přechodem na další generaci technologie. „Všichni jsme na běžícím pásu, “ řekl, ale navrhl, že model společné platformy dává jeho členům možnost využít práce členů a jejich partnerů.
„Náš průmysl je pro společnost životně důležitý, “ uvedl a poznamenal, že křemík řídí vše od chytrých telefonů po autosedačky až po novou zdravotní péči.
Později, v relaci otázek a odpovědí, uvedl, že došlo k významným změnám ve fungování skupiny Common Platform v průběhu let. Předchozí proces zahrnoval vytvoření IBM základní technologie a její uvedení do provozu ve výrobním závodě East Fishkill, poté celý proces předal svým partnerům. Nyní, řekl, jakmile má IBM základní technologie funkční, jde to přímo na Globalfoundries a Samsung, což urychluje čas uvedení na trh.
IBM říká, že čipová výroba čelí zásadním nespojitostem
Gary Patton, viceprezident Výzkumného a vývojového centra IBM Semiconductor, se podrobně zabýval technologií a diskutoval o výzvách, kterým budou čelit výrobci čipů v nadcházejících letech.
"Jsme na diskontinuitě, " řekl Patton (výše), přičemž výroba čipů prošla zásadní změnou. Řekl, že to není poprvé, kdy se v odvětví objevily takové problémy, ani to nebude poslední. Průmysl dosáhl fyzických limitů planárních CMOS a oxidů hradel, takže se musel přesunout k napjatým silikonovým materiálům a materiálům s vysokými k / kovovými hradly. Nyní řekl, že jsme na hranici planárních zařízení, takže musíme přejít do „3D éry“, a to jak z hlediska samotných tranzistorů (tj. FinFET), tak v balení pomocí konceptů, jako je ukládání čipů. V příštím desetiletí uvedl, že dosáhneme hranice atomových dimenzí a budeme muset přejít k technologiím, jako jsou křemíkové nanočástice, uhlíkové nanotrubice a fotonika.
Aby tato práce fungovala, je důležité, aby slévárny již nepůsobily pouze jako výrobní společnosti, ale spolupracovaly se svými zákazníky a dodavateli nástrojů v „co-optimalizaci“ v designu / technologii, ve které tento proces působí spíše jako „virtuální IDM“. "(Výrobce integrovaného zařízení).
Patton se dotkl potřeby dalšího výzkumu, hovořil o výzkumných zařízeních IBM v Yorktownu, Almadenu a Curychu ao tom, jak byla společnost IBM již dvacátým rokem v řadě udělena nejvíce patentů. Mluvil také o důležitosti partnerů, zejména poukázal na výzkumné středisko pro nanotechnologie Albany, které bylo vybudováno ve spolupráci se státem New York a společností Suny / Albany CNSE, společně se společností Sematech a řadou dodavatelů materiálů a zařízení.
Řada jeho přednášek se soustředila na výzvy, kterým EUV čelí, které nazval „největší změnou v historii litografického průmyslu“. Poznamenal, že pokud je EUV připraveno jít na 7nm, bude produkovat ostřejší obrázky, a tedy lépe čipy než jiné technologie. Existují však velké výzvy. Začínáme s tím, že zařízení EUV má nyní pouze 30 wattový zdroj energie a pro efektivní výrobu je třeba dosáhnout až 250 wattů. To by vyžadovalo téměř desetinásobné zlepšení. Další problém se týká kontroly defektů na masce EUV.
Jak popsal tento postup, vypadá to skoro jako sci-fi: Začnete stříkáním roztaveného cínu rychlostí 150 mil za hodinu, zasažením laserem v pre-pulzu, který se rozdělí, výbuchem jiného laseru vytvoříte plazmu, a pak odrazit světla od zrcátek a vytvořit skutečný světelný paprsek a ujistit se, že zasáhne destičku ve správném bodě. Srovnal to se snahou zasáhnout baseball v palcové zóně na přesně stejné místo v tribunách 10 miliardkrát denně.
IBM spolupracuje s výrobcem litografie ASML a výrobcem světelných zdrojů Cymer (který ASML právě získává), aby pomohl urychlit uvedení EUV na trh. Výzkumné středisko v Albany je navrženo jako „centrum excelence“ a IBM nyní doufá, že tam dostane nástroje do dubna. Patton řekl, že to nebude připraveno na 14nm nebo 10nm výrobu, ale může být na 7nm nebo později.
Mezitím IBM dělá hodně práce se zlepšováním výnosu pomocí vícenásobného modelování, což zahrnuje použití více masek. Při 20 nm to zahrnuje dvojí vzorování, kdy se k vytvoření vzorů používá více masek. Aby však bylo toto efektivní, vyžaduje hodně práce, takže IBM spolupracovala s prodejci návrhů nástrojů (EDA), aby návrháři čipů mohli převzít standardní tok návrhu buněk nebo vytvořit vlastní tok, ale stále být efektivnější.
V 10nm hovořil o použití jiných technik, jako je přenos obrazu na boční stěně (SIT) a řízené samoskládání, kde chemie pomáhá rozvržení tranzistoru. Zde je myšlenka, že namísto čtyřnásobného vzorování můžete stále provádět dvojí vzorování, což by mělo být mnohem levnější.
Patton také strávil spoustu času mluvením o tom, jak jsou zapotřebí nové struktury zařízení. Stávající FinFET se potýkají s problémy s výkonem a variabilitou, ale IBM pracuje na vytvoření užších pásem pro zlepšení těchto problémů.
V 7nm a více bude podle něj zapotřebí nových struktur zařízení, jako jsou křemíkové nanočástice a uhlíkové nanotrubice. Uhlíkové nanotrubice mají potenciál nabídnout desetinásobné zlepšení výkonu nebo výkonu, ale má své vlastní výzvy, jako je potřeba oddělit kov od polovodičových uhlíkových nanotrubic a umístit je na správné místo na čipu. IBM nedávno oznámila, že nyní má na čipu více než 10 000 pracovních uhlíkových nanotrubic.
Další oblastí zájmu je zlepšení propojení a Patton řekl, že mezi 4nm a 8nm se průmysl přesune na nanophotoniku. Diskutoval o nedávné demonstraci čipu IBM, který kombinuje fotoniku s křemíkem.
Cílem je nakonec integrovat 3D a fotoniku společně do jednoho čipu. Patton uzavřel mluvením o čipu, který by rád viděl, se třemi rovinami: jedno s logikou s asi 300 jádry; další s pamětí (s 30 GB zabudovaného DRAM); a další fotonickou rovinu, poskytující optickou síť na čipu.
Globalfoundries a Samsung slibují plnou výrobu 14nm oplatek v roce 2014
Zástupci společností Globalfoundries a Samsung hovořili o tom, jak čelí výzvám přechodu na 14nm a FinFET.
Mike Noonen, výkonný viceprezident pro marketing, prodej, kvalitu a design společnosti Globalfoundries, hovořil o tom, jak společnost letos zavádí nízkoenergetický proces 20nm. Již oznámila svůj proces 14XM, který využívá 14nm FinFET s nákladově efektivnějším back-endem. Řekl, že Globalfoundries očekává, že letos bude mít počátek 14nm, s plnou výrobou procesu 14XM v první polovině roku 2014.
Noonen (výše) mimo jiné hovořil o partnerství ve 14XM, včetně spolupráce se Synopsysem na návrhářských nástrojích, Rambus pro propojení a ARM s jeho fyzickou IP Artisan. Řekl, že dvoujádrový Cortex-A9 vykazuje 62% snížení výkonu nebo 61% zlepšení výkonu při 14XM ve srovnání s procesem slévárenství 28SLP.
Když se podíváme ještě dále, Globalfoundries rozšiřuje svůj Fab 8 na Maltě v New Yorku a doufá, že ve druhé polovině roku 2015 bude mít plnou produkci 10nm (10XM).
KH Kim, výkonný viceprezident společnosti Samsung Electronics, který řídí slévárenské operace společnosti Samsung, uvedl, že mnoho lidí v tomto odvětví bylo skeptických vůči „bráně prvnímu“ přístupu společnosti Common Platform Alliance k výrobě bran s vysokou k / kovovou bránou, ale že „opravdu úspěšný“, který pomáhá společnosti prodloužit výdrž baterie a výkon pro mobilní procesory.
Společnost je připravena nabídnout 14nm technologii FinFET, protože planární technologie pod 20nm nemohou zajistit přijatelný výkon. Kim (výše) uvedla, že s technologiemi FinFET existují tři hlavní výzvy: řešení variací procesů, problémů s šířkou kanálu a 3D modelování a extrakce. Ale mezi společnostmi IBM, Samsung a Globalfoundries má společnost Samsung přední počet patentů a publikací ve 3D technologii, a skupina Common Platform proto tyto výzvy řešila.
Kim hovořila zejména o „vývoji procesu ISDA“, aby se zabývala variací a parazitárním odporem; vytvoření vývojové sady prostřednictvím práce s UC Berkeley, CMG a prodejci nástrojů Synopsys, Cadence a Mentor Graphics; a licencování IP od ARM, Synopsys a Analog Bits, aby se usnadnilo návrhům čipů vytváření 14nm návrhů systému na čipu.
Ve spolupráci s ARM a Cadence řekl, že Samsung vytvořil první návrhy Cortex-A7 s FinFETy a je připraven nabídnout FinFET svým zákazníkům. Tento rok je hlavně rokem pro validaci a design, řekla Kim, přičemž příští rok bude plná produkce. Poznamenal také, že Samsung má v současné době dvě slévárny, S1 v Koreji a S2 v Austinu v Texasu. V Koreji staví nový veletrh zaměřený na výrobu 20nm a 14nm, který by měl začít fungovat koncem roku 2014 nebo začátkem roku 2015.
V rámci relace otázek a odpovědí se Cadigan zabýval otázkami přechodu na destičky 450 mm pro výrobu čipů ve srovnání s 300 mm destičkami, které jsou nyní běžné. Poznamenal nové konsorcium vyvíjející 450 mm technologii v Albany v New Yorku a řekl, že zatímco čas je stále ve vzduchu, očekává, že přijetí 450 mm v průmyslu bude „směrem k druhé části tohoto desetiletí“. Řekl, že očekává, že EUV přijde na trh nejprve o 350 mm a krátce poté o 450 mm.
Noonen uzavřel tuto relaci tím, že nazval výrobu čipů „nejsložitějším obchodem v historii lidstva“, a je jasné, že zahrnuje řadu úžasných technologických průlomů.
