از من برای ارائه یک سخنرانی عمومی در کنفرانس SISPAD در سپتامبر 2021 دعوت شده بودم. برای هر کسی که با SISPAD آشنایی ندارد، این یک کنفرانس برتر TCAD است. امسال برای اولین بار SISPAD می خواست به هزینه پرداخته شود و صحبت من "شبیه سازی هزینه برای فعال کردن توسعه فناوری آگاه PPAC" بود.
برای سالهای متمادی استاندارد در توسعه فناوری قدرت، عملکرد و مساحت (PPA) بوده است، به عنوان مثال: در تماس درآمدی TSMC 2020-Q4، N3 30٪ قدرت کمتری در همان عملکرد (Power) و 15٪ عملکرد بیشتر در همان قدرت (Performance) و 70% چگالی بیشتر (Area).
اخیراً افزایش هزینه های ویفر نیاز به اضافه کردن هزینه به عنوان PPAC، قدرت، عملکرد، مساحت و هزینه. شرکت هایی مانند TSMC در IEDM 2019 [1]، Imec در انجمن فناوری خود در سال 2020 [2] و Applied Materials در SEMICON West در سال 2020 [3]، و بسیاری دیگر همگی در مورد PPAC هستند.
روش فعلی هنگام توسعه یک فناوری جدید، تعریف اهداف اولیه PPA، شناسایی طرحها برای ارزیابی PPA، انتخاب معماری ترانزیستور، توسعه جریان فرآیند اولیه، شبیهسازی عملکرد ترانزیستور و استخراج مدل SPICE، انتخاب معماری سلول استاندارد و تولید است. یک کتابخانه سلولی کتابخانه سلولی و جریان فرآیند سپس به مجموعه شبیهسازی Design Technology Co Optimization داده میشود که توسط Synopsys برای شبیهسازی فرآیند، تولید یک ساختار سه بعدی و استخراج فهرست شبکه انگلی ارائه شده است. سپس می توان کتابخانه را مشخص کرد، یک طراحی فیزیکی انجام داد و PPA را می توان ارزیابی کرد. سپس PPA ارزیابی میشود و تکرارهای آزمایشی طراحیشده را میتوان برای دستیابی به اهداف PPA در یک محیط شبیهسازی انجام داد. آنچه در این فرآیند گم شده است آگاهی از هزینه است. اگر توانایی شبیهسازی هزینه به مجموعه DTCO اضافه شود، فرآیند میتواند PPAC را هدف قرار دهد و تکرارها را میتوان در یک محیط شبیهسازی برای دستیابی به اهداف PPAC انجام داد.
برای شبیهسازی دقیق هزینهها، هم تسهیلات در حال اجرا و هم فرآیند باید در نظر گرفته شوند. فرآیند یکسان در دو تأسیسات مختلف هزینه های متفاوتی خواهد داشت که گاهی اوقات به طور قابل توجهی متفاوت است. دو فرآیند مختلف که در یک مرکز اجرا می شوند، هزینه های متفاوتی خواهند داشت که گاهی اوقات به طور قابل توجهی متفاوت است.
هزینه تسهیلات
ظرفیت طراحی شده یک فابریک تاثیر بسزایی در هزینه دارد. طیف گسترده ای از توان عملیاتی برای تجهیزات فاب وجود دارد و هرچه ظرفیت طراحی فاب بیشتر باشد، تطابق ظرفیت مجموعه تجهیزات بهتر می تواند به دست آید. این منجر به کارایی سرمایه بالاتر و در نتیجه هزینه کمتر برای هر ویفر برای کارخانه های با ظرفیت بالاتر می شود. شکل 1. هزینه نرمال ویفر را در مقابل ظرفیت برای یک کارخانه گرین فیلد که فرآیند 5 نانومتری را در تایوان اجرا می کند، نشان می دهد.
شکل 1. هزینه ویفر در مقابل ظرفیت فاب.
کشوری که در آن فابریک است نیز بر هزینه آن تأثیر می گذارد. شکل 2 همان فاب شرح داده شده در بالا را که برای 40,000 ویفر در ماه در شش کشور مختلف طراحی شده است، مقایسه می کند. هزینه های شکل 2 فقط هزینه های عملیاتی است و هیچ انگیزه ای را شامل نمی شود.
شکل 2. هزینه ویفر در مقایسه با کشور.
یکی دیگر از عوامل مهم هزینه، سن فاب است. برای یک فاب جدید استهلاک می تواند بیش از 60 درصد هزینه ساخت ویفر را نشان دهد. شکل 3 همان فابلی را که قبلا برای پنج بازه زمانی مختلف توضیح داده شده بود نشان می دهد:
- افزایش در سال اول (با فرض استفاده 50 درصد به طور متوسط).
- سالهای دوم تا پنج سال که فاب افزایش یافته است اما تجهیزات هنوز در حال استهلاک هستند.
- سال ششم که تجهیزات مستهلک شده است.
- سال یازدهم که سیستم های تسهیلات مستهلک می شوند.
- سال شانزدهم که پوسته ساختمان مستهلک می شود.
شکل 3. هزینه ویفر در مقایسه با سن fab.
مدلسازی دقیق هزینه به توانایی تعریف ظرفیت، کشور و سن نیاز دارد.
هزینه فرآیند
هزینه های فرآیند با شروع ویفر یا هزینه ویفر شروع می شود. مدلسازی باید به این موضوع توجه کند که آیا ویفر آغازین ویفر صیقلی، ویفر Epi یا ویفر تخصصی مانند نوعی SOI است. همچنین مدلسازی نیاز به اجازه دادن به بیش از یک ویفر دارد، به عنوان مثال برای فرآیندهایی که در آن دو ویفر ممکن است استفاده شود و سپس به یکدیگر متصل شوند.
هزینه های مستقیم نیروی کار هزینه ای است که اپراتورها برای پردازش ویفرها دارند. در فابریک های 300 میلی متری نسل کنونی هر چند اپراتور وجود دارد زیرا سیستم های انتقال ویفر غلاف های یکپارچه بازشو جلویی (FOUPs) را درست روی ابزار پایین می آورند اما برخی اپراتورها وجود دارند. ساعات کار مورد نیاز برای یک جریان خاص بیشتر محاسبه می شود و بسته به کشوری که فاب در آن قرار دارد، نرخ کار مناسب اعمال می شود.
استهلاک بزرگترین هزینه تکی در ساخت ویفر است، برای فرآیندهای جدید که بیش از 60 درصد هزینه ویفر را نشان می دهد (شکل 6 را در زیر ببینید). برآوردهای دقیق استهلاک مستلزم تعیین تجهیزات مورد نیاز و توان عملیاتی برای هر مرحله در جریان فرآیند است. یک مدل دقیق نیاز به تعیین تولید مناسب تجهیزات برای یک فرآیند، توان عملیاتی، هزینه تجهیزات و فضای فیزیکی مورد نیاز برای تجهیزات و ساخت یک مجموعه کامل برای ظرفیت هدف دارد. یک مدل دقیق باید جداول پسزمینه هزینه تجهیزات و پیکربندی بر اساس گره و هزینههای ساخت و ساز برای فضای اتاق تمیز را داشته باشد تا بتواند محاسبات دقیق هزینه سرمایه را انجام دهد.
هزینههای نگهداری تجهیزات شامل هزینههای مربوط به قطعات تجهیزاتی است که در حین پردازش مصرف میشوند مانند حلقههای کوارتز مورد استفاده در اتاقهای اچ، قطعات تعمیر برای جایگزینی سیستمهای فرعی تجهیزات که در حین کار تجهیزات خراب میشوند و در نهایت قراردادهای خدمات تجهیزات. تمام این هزینه ها باید برای مجموعه تجهیزاتی که در طی محاسبات استهلاک تعیین می شود، برآورد شوند.
هزینه های غیرمستقیم نیروی کار شامل مهندسان و تکنسین هایی می شود که فرآیند و تجهیزات را حفظ می کنند، سرپرستانی که نیروی کار مستقیم را مدیریت می کنند و مدیرانی که بر همه چیز نظارت می کنند. تعداد کارمندان باید تخمین زده شود و حقوق ها بر اساس کشور و سال اعمال شود.
هزینه های تاسیسات شامل برق، آب و فاضلاب، تولید آب فوق خالص، گاز طبیعی، تعمیر و نگهداری تاسیسات، هزینه های اشغال و بیمه است. بسیاری از این هزینه ها به کشور و همچنین سال بستگی دارد. یک مدل دقیق باید جداول پس زمینه بر اساس کشور و سال و الگوریتم هایی برای انجام محاسبات داشته باشد.
مواد مصرفی از صدها ماده مختلف تشکیل شده است که در فرآیند مصرف می شود (اینها از قطعات تجهیزات مصرف شده در طول پردازش که در نگهداری تجهیزات به حساب می آیند متمایز هستند). مواد فرآیند شامل مواردی مانند گازهای حجیم، پیش سازهای CVD و ALD، مواد مصرفی CMP، اهداف PVD، مقاوم در برابر نور و رتیکول ها و بسیاری موارد دیگر می باشد. یک مدل دقیق باید هزینههای سالانه هزاران ماده هدف را در سال داشته باشد و میزان مصرف مواد را مرحله به مرحله محاسبه کند.
پیاده سازی تجاری
IC Knowledge رهبر جهانی و مدل سازی هزینه و قیمت برای نیمه هادی ها است و اخیراً فناوری شبیه سازی فرآیند را توسعه داده است تا تعریف گام به گام فرآیند و تخمین هزینه (Cost Explorer) را امکان پذیر کند. Synopsys پیشرو جهانی در ابزارهای TCAD برای توسعه و شبیه سازی فناوری است. IC Knowledge و Synopsys برای جاسازی IC Knowledge's Cost Explorer در ابزار Synopsys Process Explorer که برای شبیه سازی ساختار فیزیکی تولید شده توسط جریان فرآیند هدف استفاده می شود، شریک شده اند. افزونه Cost Explorer برای Process Explorer به کاربران مجموعه Synopsys DTCO این امکان را می دهد تا اهداف PPAC و فرآیندهای طراحی را برای رسیدن به آن اهداف در یک محیط مجازی با استفاده از آزمایش های طراحی شده برای بهینه سازی برای هر چهار عنصر PPAC به طور همزمان تعریف کنند.
شکل 4 راه حل IC Knowledge – Synopsys را نشان می دهد.
شکل 4. راه حل تجاری PPAC TCAD.
جدول زمانی فعلی برای این راه حل:
- وضعیت فعلی - آزمایش بتا در یک مشتری با اسکریپت توسعه یافته مشتری برای پر کردن خودکار Cost Explorer از Process Explorer. شروع به نشان دادن قابلیت انتخاب مشتریان.
- پایان سال 2021 - مدل هزینه خارجی با اسکریپت (اسکریپت Synopsys) برای پر کردن Cost Explorer از Process Explorer.
- اواسط 2022 - پلاگین Process Explorer به طور کامل پیاده سازی شده و در دسترس تجاری.
مثال های مشتری
همانطور که در بخش قبل ذکر شد، ما راه حل را آزمایش بتا مشتری داریم. مشتری یک OEM بزرگ است که از راه حل DTCO Synopsys برای توسعه فناوری استفاده می کند. مشتری در حال توسعه فرآیندهای FET مکمل (CFET) به عنوان یک راه حل نسل بعدی فراتر از FinFET ها و نانوصفحات افقی (HNS) است.
شکل 5 هزینه ویفر را بر اساس دسته بندی برای یک جریان فرآیند ممکن نشان می دهد. در مدل واقعی، نتایج همه به دلار هستند و یک پیکربندی fab و فرآیند خاص را نشان میدهند.
شکل 5. هزینه ویفر بر اساس دسته.
OEM می خواست هزینه های CFET را در مقایسه با FinFET ها ارزیابی کند. آنها یک FinFET استاندارد، یک FinFET با یک ریل قدرت مدفون (BPR) (BPR چگالی بهتری را امکان پذیر می کند)، یک CFET یکپارچه با BPR و یک CFET متوالی که در آن فرآیند CFET بین دو ویفر تقسیم می شود که دوباره به هم متصل می شوند، تقسیم می شود. در مدل واقعی نتایج همه به دلار است.
شکل 6. هزینه ویفر عادی در مقابل فرآیند.
نتیجهگیری کلیدی از شکل 6 این است که فرآیند CFET توسعهیافته OEM با BPR از نظر هزینه نسبت به فرآیند FinFET با BPR رقابتی است. از آنجایی که CFET ها دستگاه های nFET و pFET را روی هم قرار می دهند، نسبت به FinFET ها بهبود چگالی قابل توجهی را ارائه می دهند.
نتیجه گیری دیگر از شکل 6 این است که فرآیند CFET یکپارچه هزینه کمتری نسبت به فرآیند CFET متوالی دارد. فرآیند CFET یکپارچه توسعه یافته توسط OEM بسیار خود تراز و هزینه بهینه است.
در حین انجام این کار، OEM همچنین گزینه های لیتوگرافی را برای اتصال محلی با مقایسه دو راه حل ارزیابی کرد:
- ماسک سنبه اتصال محلی EUV با برش EUV و EUV از طریق ماسک.
- ماسک سنبه اتصال محلی EUV با برش DUV چند الگو و ماسک EUV از طریق.
از آنجایی که برش چند الگوی را می توان با یک طرح نسبتاً ساده چند الگوی پیاده سازی کرد، آنها دریافتند که می توانند 52 دلار صرفه جویی کنند، اگرچه تأثیری در زمان چرخه وجود دارد.
نتیجه
افزایش سریع هزینه برای ساخت ویفرهای لبه پیشرو، نیاز به تغییر از توسعه فناوری مبتنی بر PPA به توسعه فناوری مبتنی بر PPAC را تحریک می کند. مشارکت IC Knowledge و Synopsys برای اولین بار به صنعت امکان طراحی برای PPAC را در یک محیط مجازی قبل از اجرای ویفرها می دهد. این قابلیت یک تغییر بازی برای صنعت خواهد بود و امکان تکامل مداوم قانون مور را فراهم می کند.
منابع
[1] جفری یپ از TSMC در طول پانل مواد کاربردی IEDM 2019 «منطق: EUV اینجاست، اکنون چه؟، «زمان هزینه منطقه عملکرد نیرو - PPACT که در آن فناوریهای جدید باید به موقع باشند».
[2] لوک ون دن هوو، رئیس و مدیر عامل Imec، انجمن فناوری Imec 2020، "فناوری برای افراد در شرایط عادی جدید"، اسلاید 45، "نقشه راه مقیاس بندی" "قدرت - عملکرد - منطقه - هزینه".
[3] مواد کاربردی، «اعلان پر کردن شکاف انتخابی»، SEMICON West 2020، اسلاید 2، «قدرت، عملکرد، هزینه منطقه» همچنین شامل t برای زمان عرضه به بازار است.
اشتراک گذاری این پست از طریق: منبع: https://semiwiki.com/semiconductor-services/ic-knowledge/304437-sispad-cost-simulations-to-enable-ppac-aware-technology-development/
- 000
- 2019
- 2020
- 2021
- 3d
- حساب
- الگوریتم
- معرفی
- خبر
- معماری
- محدوده
- دسترس پذیری
- بتا
- بنا
- صدا
- ظرفیت
- سرمایه
- مدیر عامل شرکت
- تجاری
- شرکت
- کنفرانس
- ساخت و ساز
- قرارداد
- هزینه
- کشور
- جاری
- مشتریان
- آن
- طرح
- توسعه
- پروژه
- دستگاه ها
- دلار
- رانندگی
- درامد
- درآمد تماس بگیرید
- لبه
- بهره وری
- برق
- یازده
- مورد تأیید
- محیط
- تجهیزات
- تخمین می زند
- تکامل
- تجربه
- امکان
- تغذیه
- شکل
- سرانجام
- نام خانوادگی
- بار اول
- جریان
- بازی
- شکاف
- GAS
- اینجا کلیک نمایید
- چگونه
- HTTPS
- صدها نفر
- شناسایی
- تأثیر
- از جمله
- صنعت
- بیمه
- IT
- کلید
- دانش
- کار
- بزرگ
- قانون
- برجسته
- کتابخانه
- محلی
- ساخت
- بازار
- ماسک
- مصالح
- مدل
- مدل سازی
- گاز طبیعی
- ارائه
- عملیاتی
- گزینه
- دیگر
- دیگران
- همکاری
- مردم
- کارایی
- فیزیکی
- غلاف
- قدرت
- برتر
- رئيس جمهور
- قیمت
- ساخته
- ریل
- نتایج
- دویدن
- در حال اجرا
- حقوق
- نیمه هادی ها
- تنظیم
- صدف
- ساده
- شبیه سازی
- شش
- مزایا
- فضا
- انشعاب
- وضعیت
- گزینه
- سیستم های
- تایوان
- هدف
- فن آوری
- پیشرفته
- تست
- جهان
- زمان
- حمل و نقل
- کاربران
- در مقابل
- مجازی
- آب
- غرب
- چه شده است
- WHO
- مهاجرت کاری
- جهان
- سال
- سال