Новости про EUV

Южнокорейский гигант является одной из немногих выживших компаний по производству микросхем на заказ. И хотя TSMC является бесспорным лидером, Samsung хочет занять её место благодаря технологии GAAFET и финансовым вливаниям.

На днях компания сообщила, что её завод V1 приступил к массовому производству по нормам 7 нм и 6 нм с планом по переходу в будущем на 3 нм. Линия использует специализированную технологию EUV-литографии, которая является важным фактором в дальнейшем уменьшении размеров элементов транзистора.

Запуск нового производства с EUV в полупроводниковом мире является крупнейшим событием, поскольку TSMC нуждается в здоровой конкуренции, да и в целом производственных мощностей сейчас недостаточно. Некоторые сообщения гласят, что уже в этом году Samsung начнёт производство графических процессоров для NVIDIA по 7 нм нормам.

К концу года корейская компания планирует инвестировать в завод V1 6 миллиардов долларов, что позволит утроить производственные возможности по 7 нм и более совершенным техпроцессам.

Недавно она сообщала, что качество производства новых микросхем отличное, и что уже в первой половине 2020 года нас ждёт массовое производство процессоров по 5 нм нормам.

Теперь же компания сообщила, что рисковое производство микросхем SRAM по 5 нм нормам достигает 80% качества. Безусловно, это очень маленькие микросхемы. Полноразмерные микропроцессоры намного крупнее, а потому выход годной продукции будет намного ниже. Сайт AnandTech подсчитал, что при производстве микросхем площадью 100 мм2, выпуск годной продукции будет находиться на уровне 32%, что весьма неплохо, поскольку 5 нм технология находится лишь в середине рискового производства.

Эта технология будет использовать пятое поколение FinFET, а также EUV с более чем десятью слоями. Процесс N5 унаследует все правила конструирования из технологии TSMC N7, так что клиентам будет несложно провести миграцию.

Ожидается, что такие процессоры появятся на рынке уже в 2021 году. При этом компания планирует производить по нему как CPU, так и GPU.

Сайт DigiTimes сообщает, что технологический гигант ещё в августе начал размещать заказы на оборудование и материалы, необходимые для процесса экстремальной ультрафиолетовой литографии.

Сайт также отмечает, что по мнению TSMC, 7 нм EUV-процесс будет главным драйвером технологии в этом году. Тайваньская компания отмечает, что большие заказы ожидаются от 5G-клиентов. К примеру, MediaTek, которая является одним из клиентов TSMC на производство по 7 нм нормам, будет выпускать первую в мире 5G-SoC с частотой до 6 ГГц. Массовое производство этой микросхемы начнётся в январе 2020 года.

Эта технология станет усовершенствованием нынешней 7 нм и при той же конструкции обеспечит на 18% большую логическую плотность. Для пользователей переход будет лёгким и малозатратным. Именно поэтому N6 называется следующим популярным техпроцессом производства микросхем.

Для производства по технологии N6 будет использована экстремальная ультрафиолетовая литография, которая позволит снизить сложность производства за счёт уменьшения количества экспозиций для нескольких масок. Сколько будет слоёв по технологии EUVL для процессов N7+ или N6, пока производителем не подтверждается, но TSMC обещает их увеличение.

По имеющимся данным, по новой технологии компания начнёт производить новое поколение флагманских SoC HiSilicon. Эта серия чипов Kirin 985 будет выпущена по 7 нм нормам с применением экстремальной ультрафиолетовой литографии. В TSMC называют этот процесс N7+.

В дополнение TSMC готовит усовершенствованную версию этого процесса, которая будет использована для выпуска процессоров A13, запланированных Apple для iPhone этого года. Этот процесс, названный N7 Pro, будет готов к массовому производству к концу II квартала.

Что касается 5 нм технологии, то первые микросхемы по этим нормам должны быть изготовлены компанией также в текущем году.

Сообщается, что ASML, производитель машин для экстремальной ультрафиолетовой литографии, всего поставит в 2019 году 30 машин, при этом 18 из них уже зарезервированы TSMC.

Также в сообщениях говорится, что рисковое 5 нм производство начнётся во втором квартале этого года также с применением EUV процесса. Массовое же производство таких чипов запланировано на первую половину 2020 года.

В то же время TSMC продолжает расширять клиентский портфель на 7 нм чипы. Основными клиентами компании на эту технологию являются AMD, Apple, HiSilicon и Xilinx. Скоро к ним добавятся заказчики в секторах HPC и автомобильной электроники. В конце этого года по 7 нм процессу будет изготовлено 25% от всей продукции тайваньского производителя, что заметно выше 9%, показанных в конце 2018 года. Также, по слухам, 7-нанометровая SoC Apple A13 будет эксклюзивно изготавливаться TSMC, поскольку Samsung не сумела вовремя запустить эту технологию.

Этот 7 нм процесс будет использовать экстремальную ультрафиолетовую литографию (EUV). Об этом Intel сообщила инвесторам. Процесс будет отвязан от печально известного 10 нм глубокого ультрафиолета (DUV), и команды, работающие над технологиями, разделены. Сейчас протекает процесс квалификации 10 нм DUV технологии, и компания изготавливает небольшое количество маломощных процессоров Cannon Lake.

Переход от 10 нм к 7 нм позволит вдвое уменьшить размер транзисторов. В 10 нм процессе DUV используется комбинация ультрафиолетовых лазеров с длинной волны 193 мм и мультипаттеринг (на самом деле 4 уровня). В процессе 7 нм EUV применяются суперсовременные непрямые лазеры 135 нм длины волны, исключая мультипаттеринг. Объединение этого лазера с масками позволит создать 5 нм технологию.

Успешная работа над 7 нм процессом означает готовность к квалификации в конце 2019 года и начало массового производства в 2020—2021 годах. Учитывая, что квалификация 10 нм DUV началась в конце 2017 года, а массовое производство началось в мае 2018 года, Intel не станет использовать 10 нм в течение многих лет, как произошло с 14 нм технологией.

Компания Samsung объявила о завершении разработки техпроцесса и начале производства пластин на основе 7LPP EUV процесса. Производство налажено на заводе S3 в корейском Хвасоне. Компания отмечает, что технология может использоваться для построения устройств следующего поколения, таких как 5G-модемы, искусственный интеллект, ЦОД, Интернет вещей и сетевых чипов.

Представленная технология 7LPP предусматривает применение света длиной 13,5 нм для экспозиции кремния. Другие компании (кроме TSMC) застряли на старой технологии, основанной на проникновении фторида аргона и засветке излучением с длиной волны 193 нм, что требует применения дорогих многослойных масок. В частности Intel сможет перейти на аналогичный процесс лишь в 2021 году.

Южнокорейский гигант занимался исследованием экстремальной ультрафиолетовой литографии с начала 2000-х. Таким образом, на доработку EUV потребовалось почти двадцать лет. Не удивительно, что многие профессионалы отрасли скептично относились к возможности промышленного запуска этого процесса.

Таким образом, TSMC стала первым в промышленности производителем, внедрившим эту технологию. В настоящее время лишь Samsung занимается развитием технологии EUV для 7 нм. Что касается Intel, то ей пока очень далеко до реализации, а GlobalFoundries недавно объявила о сворачивании разработки 7 нм и EUV.

Учитывая полученные данные, TSMC планирует начать рисковое производство по нормам N5 уже в апреле 2019 года. Эта технология предусматривает ультрафиолетовую литографию на 14 слоях кристаллов.

Сейчас же по N7+ процессу изготовлены тестовые ядра ARM A72. Они оказались на 20% плотнее и на 6—12% энергоэффективнее традиционных 7 нм чипов. Технология N5, в свою очередь, позволит ускорить работу процессоров на 14,7—17,7% при уменьшении площади в 1,8—1,86 раза.

Однако технология EUV, при всех преимуществах, имеет одну большую проблему — стоимость. Ожидается, что запуск процесса N5 будет стоить от 200 до 250 миллионов долларов, при том, что 7 нм технология сейчас стоит 150 миллионов. Этот факт сильно сдерживает индустрию, и всё больше производителей сейчас решают замедлить свой прогресс, чтобы сохранить средства.

Наибольшей проблемой, с которой столкнутся инженеры, являются случайные дефекты, которые возникают в чипах, выпущенных по технологии 5 нм EUV. Эти дефекты включают тонкие разломы и связки, такие как утолщение линий, что приводит к образованию несовершенных разрывов или замыканий двух линий или контактов изоляторов. Эти изъяны невероятно трудно искать, и в настоящее время нет чёткого решения по их исправлению.

Ян Бороводски, бывший специалист по литографии Intel, предсказывал, что инженеры смогут создавать 5 нм и 3 нм устройства с использованием 2—3 проходов EUV. Однако растущее количество дефектов в чипах будут подталкивать инженеров к новой, толерантной к дефектам архитектуре, такой как нейронные сети.

По его мнению, 5 нм процесс будет коммерчески готов лишь в 2020 году, что вызвано большим количеством брака. Производители оборудования для EUV смогут создать машины для печати микросхем нового поколения, исключающего образование дефектов, лишь в 2024 году.

Это сотрудничество нацелено на создание мобильных чипсетов Qualcomm Snapdragon 5G с использованием 7-нм LPP EUV процесса от Samsung.

В то же время Qualcomm ожидает, что будущие 5G-чипсеты будут выпущены на производственных мощностях южнокорейского гиганта. Использование 7-нм процесса обеспечит меньшую площадь чипа, позволив OEM изготовителям применять освободившееся пространство в других целях. Кроме того, новый усовершенствованный процесс, вместе с улучшенной конструкцией схемы, обеспечит значительное увеличение срока автономной работы.

По сравнению с 10-нм FinFET процессом, технология 7LPP EUV не только снижает сложность процесса и уменьшает количество шагов при изготовлении, но и на 40% повышает эффективность использования пространства, с 10% приростом производительности или до 35% снижения энергопотребления.

На той же конференции Intel представила свою конструкцию SRAM, но изготовленную по 10 нм, что «в пределах 15% от указанных 7 нм ячеек». Некий аналитик на EE Times заявил, что для intel это совершенно нехарактерно, заявлять о 15% отставании от конкурентов.

Intel заявила о 0,0312 мм² высокоплотных и 0,0367 мм² низковольтных битовых ячейках SRAM, выполненных по 10 нм процессу. В то же время 6T 256 мегабитное устройство Samsung имеет битовую ячейку площадью 0,026 мм². Конструкция Intel предлагает 0,62–0,58x масштаб по сравнению с 14 нм SRAM, сохраняя исполнение закона Мура и оставаясь «в пределах 15% от самой маленькой 7 нм ячейки».

Некоторые обозреватели скептически настроены по отношению к Samsung. Так, Дэвид Кэнтер отмечает, что Intel и TSMC куда более консервативны в разработке EUV, чем Samsung, и именно в этом кроется разница. Сама же Samsung отказалась сообщить о сроках начала производства EUV продуктов, что может означать фактическую невозможность южнокорейского гиганта выпускать такую продукцию.

В любом случае мы видим, что технология экстремальной ультрафиолетовой литографии, долгие годы откладывавшаяся на более тонкие техпроцессы, наконец находит себе место у производителей интегральных схем.