Компания Samsung Foundry в среду объявила о начале производства микросхем по технологии 7LPP (7 нм low power plus), которая использует экстремальную ультрафиолетовую литографию (extreme ultraviolet lithography, EUVL, EUV) для отдельных слоёв. Новый технологический процесс позволит Samsung значительно увеличить плотность транзисторов в микросхемах, при этом снижая их энергопотребление. Кроме того, использование EUVL позволяет Samsung уменьшить количество применяемых при производстве фотомасок, что даст возможность сократить производственный цикл.
Существенные преимущества
Производитель полупроводников говорит, что по сравнению с технологией производства 10LPE, техпроцесс 7LPP позволяет уменьшить площадь микросхемы на 40 % (при неизменной сложности), а также снизить потребление энергии на 50 % (при неизменной сложности и тактовой частоте) или на 20 % увеличить тактовую частоту (при неизменной сложности и потреблении). Таким образом, использование EUV-литографии для отдельных слоёв позволяет Samsung Foundry размещать на 40 % больше транзисторов внутри систем на кристалле (system-on-chip, SoC) следующего поколения, при этом снижая их энергопотребление и/или увеличивая тактовую частоту. Подобный набор преимуществ является очень убедительным предложением для мобильных SoC, которые будут использоваться для будущих флагманских смартфонов.
Samsung производит микросхемы, используя технологический процесс 7LPP в производственном комплексе Fab S3 (Хвасон, Южная Корея). По словам представителей компании, каждый из имеющихся в распоряжении EUV-сканеров ASML Twinscan NXE: 3400B может обрабатывать до 1500 подложек в сутки, что полностью соответствует требованиям к массовому производству. Кроме того, в компании говорят, что мощность источника света для указанного оборудования составляет 280 ватт при сохранении бесперебойности работы, что выше достигнутого некоторыми конкурентами. В Samsung не раскрывают, используют ли специальные плёнки (pellicles), которые защищают фотомаски от деградации, а только указывают на то, что использование EUV позволяет сократить количество фотомасок, требуемых для одной микросхемы, на 20 %. Кроме того, компания заявила, что разработала запатентованный инструмент для проверки EUV-масок для обнаружения дефектов и устранения недостатков на раннем этапе производственного цикла (что, вероятно, положительно повлияет на выход годных).
Как и остальные контрактные производители микросхем, Samsung Foundry не раскрывает имена своих клиентов, использующих технологический процесс 7LPP, но намекает, что первые 7-нм чипы будут применяться для мобильных и суперкомпьютерных приложений. Как правило, Samsung Electronics является первым клиентом, кто использует передовые нормы производства своего дочернего предприятия. Таким образом, логично ожидать появления 7-нм SoC внутри будущих высокопроизводительных смартфонов Samsung в 2019 году. Кроме того, известно, что Qualcomm будет использовать технологию Samsung 7LPP для производства микросхем Snapdragon с поддержкой 5G.
Продвинутые IP-блоки и методы упаковки
Технология производства 7LPP предлагает впечатляющие преимущества по сравнению с техпроцессом 10LPE, что будет особенно важным для мобильных и HPC-приложений. Между тем, стремясь сделать процесс привлекательным для как можно более широкого круга потенциальных клиентов, Samsung Foundry предлагает всесторонний набор инструментов для проектирования SoC, IP-блоки для различных интерфейсов (контроллеры и PHY), и передовых решений для упаковки. Вероятно, у Samsung уйдут месяцы на создания финального набора инструментов (process design kit, PDK) для разработки чипов по нормам производства 7LPP, но даже имеющихся достаточно для начала конструирования микросхем.
На данный момент 7LPP поддерживается многочисленными партнёрами Samsung Advanced Foundry Ecosystem (SAFE), включая Ansys, Arm, Cadence, Mentor, SEMCO, Synopsys и VeriSilicon. Среди прочего, Samsung и упомянутые компании предлагают уже готовые интерфейсы HBM2/2E, GDDR6, DDR5, USB 3.1, PCIe 5.0 и 112G SerDes. Таким образом, создатели SoC с поддержкой шины PCIe Gen 5 и памяти DDR5, выпуск которых намечен на 2021 год и позже, могут приступать к разработке своих чипов прямо сейчас.
Что касается конструктивного исполнения, то изготовленные с использованием технологии 7LPP микросхемы могут использовать метод упаковки типа 2.5D (например, для соединения SoC/ASIC с памятью HBM2/2E), а также некоторые другие методики Samsung.
Расширение EUV-мощностей
Как отмечалось выше, Samsung установила EUV-сканеры в производственный комплекс Fab S3, который широко применяет также и DUV-сканеры. Поскольку в случае с техпроцессом 7LPP EUV используется только для отдельных слоёв микросхем, относительно ограниченное количество сканеров Twinscan NXE: 3400B вряд ли является проблемой. Тем не менее, по мере расширения применения EUV для большего количества слоёв, Samsung может потребоваться и увеличение количества EUV-сканеров.
Согласно заявлениям Samsung, значительное расширение использования EUV-литографии произойдёт после того, как компания построит еще одну производственную линию в Хвасоне. Данная фабрика была изначально спроектирована под EUV-сканеры, которые отличаются от DUV-сканеров своими габаритами и рядом других параметров. Предполагается, что производственный комплекс обойдется в 6 триллионов корейских вон ($4,615 млрд), его постройка будет завершена в 2019 году, а массовое производство микросхем стартует в 2020 году.
Путь в 33 года
Старт коммерческого производства чипов с использованием экстремальной ультрафиолетовой литографии с длиной волны 13,5 нм является кульминацией работы всей полупроводниковой промышленности, которая началась в далёком 1985 году. Как ожидается, EUV сократит использование многократного экспонирования при производстве сложных элементов микросхем, что упростит процесс проектирования, увеличит выход годных и сократит производственный цикл (ну или хотя бы не даст ему стать длиннее, чем он есть сегодня). Между тем чрезвычайная сложность технологии EUV существенно затянула процесс разработки, ведь новый тип фотолитографии потребовал создания новых сканеров с новым источником светового излучения, новых химикатов, разработку инфраструктуры для создания фотомасок, а также целый ряд других компонентов, чья разработка заняла десятилетия.
Как видно, полупроводниковая индустрия справилась с задачей создания фотолитографического оборудования с диапазоном EUV за 33 года. Компания Samsung Foundry стала первой, кто начал применять EUV для производства коммерческих микросхем.
