Saya diundang untuk memberikan pidato pleno pada konferensi SISPAD pada bulan September 2021. Bagi siapa pun yang belum mengenal SISPAD, ini adalah konferensi TCAD perdana. Tahun ini untuk pertama kalinya SISPAD ingin mengatasi masalah biaya dan topik pembicaraan saya adalah “Simulasi Biaya untuk Memungkinkan Pengembangan Teknologi Sadar PPAC”.
Selama bertahun-tahun standar dalam pengembangan teknologi adalah Power, Performance and Area (PPA), misalnya: pada panggilan pendapatan TSMC 2020-Q4, N3 akan memiliki daya 30% lebih rendah pada kinerja yang sama (Power), kinerja 15% lebih besar pada kekuatan (Kinerja) yang sama dan kepadatan (Area) 70% lebih besar.
Baru-baru ini peningkatan biaya wafer mendorong kebutuhan untuk menambah biaya seperti PPAC, Power, Performance, Area dan Biaya. Perusahaan seperti TSMC di IEDM 2019 [1], Imec di forum teknologinya pada tahun 2020 [2] dan Material Terapan di SEMICON West pada tahun 2020 [3], dan banyak lainnya yang membahas tentang PPAC.
Praktik saat ini ketika mengembangkan teknologi baru adalah menentukan target awal PPA, mengidentifikasi desain untuk evaluasi PPA, memilih arsitektur transistor, mengembangkan aliran proses awal, mensimulasikan kinerja transistor, dan mengekstrak model SPICE, memilih arsitektur sel standar, dan menghasilkan perpustakaan sel. Perpustakaan sel dan aliran proses kemudian dimasukkan ke dalam rangkaian simulasi Design Technology Co Optimization seperti yang ditawarkan oleh Synopsys untuk mensimulasikan proses, menghasilkan struktur 3D, dan mengekstrak netlist parasit. Perpustakaan kemudian dapat dikarakterisasi, desain fisik dapat dilakukan dan PPA dapat dievaluasi. PPA kemudian dievaluasi, dan iterasi eksperimen yang dirancang dapat dilakukan untuk mencapai target PPA, semuanya dalam lingkungan simulasi. Apa yang hilang dalam proses ini adalah kesadaran biaya. Jika kemampuan untuk mensimulasikan biaya ditambahkan ke rangkaian DTCO maka proses dapat menargetkan PPAC, dan iterasi dapat dilakukan dalam lingkungan simulasi untuk mencapai target PPAC.
Untuk mensimulasikan biaya secara akurat, fasilitas yang menjalankan proses dan proses harus dipertimbangkan. Proses yang sama di dua fasilitas berbeda akan mempunyai biaya yang berbeda, terkadang berbeda secara signifikan. Dua proses berbeda yang dijalankan di fasilitas yang sama akan mempunyai biaya yang berbeda, terkadang berbeda secara signifikan.
Biaya Fasilitas
Kapasitas pabrik yang dirancang memiliki dampak yang signifikan terhadap biaya. Terdapat beragam throughput untuk peralatan fab dan semakin tinggi kapasitas desain fab, semakin baik pencocokan kapasitas set peralatan yang dapat dicapai. Hal ini menghasilkan efisiensi modal yang lebih tinggi dan oleh karena itu biaya per wafer yang lebih rendah untuk pabrik berkapasitas lebih tinggi. Gambar 1. Mengilustrasikan biaya wafer yang dinormalisasi versus kapasitas untuk pabrik greenfield yang menjalankan proses 5nm di Taiwan.
Gambar 1. Biaya wafer versus kapasitas pabrik.
Negara tempat pabrik tersebut berada juga berdampak pada biayanya. Gambar 2 membandingkan pabrik yang sama yang dijelaskan di atas yang dirancang untuk 40,000 wafer per bulan di enam negara berbeda. Biaya pada Gambar 2 hanya merupakan biaya operasional saja dan belum termasuk insentif apapun.
Gambar 2. Biaya wafer versus negara.
Faktor biaya penting lainnya adalah usia pabrik. Untuk pabrik baru, penyusutan dapat mewakili lebih dari 60% biaya pembuatan wafer. Gambar 3 mengilustrasikan hal yang sama yang dijelaskan sebelumnya untuk lima kerangka waktu berbeda:
- tahun pertama meningkat (dengan asumsi rata-rata pemanfaatan 50%).
- Tahun kedua sampai tahun kelima ketika pabrikasi sedang ditingkatkan tetapi peralatannya masih mengalami penyusutan.
- Tahun keenam saat peralatan disusutkan.
- Tahun kesebelas ketika sistem fasilitas disusutkan.
- Tahun keenambelas ketika cangkang bangunan disusutkan.
Gambar 3. Biaya wafer versus usia pabrik.
Pemodelan biaya yang akurat memerlukan kemampuan untuk menentukan kapasitas pabrik, negara, dan usia.
Biaya Proses
Biaya proses dimulai dengan biaya wafer atau wafer awal. Pemodelan perlu mempertimbangkan apakah wafer awal adalah wafer poles, wafer Epi, atau wafer khusus seperti SOI. Pemodelan juga harus memungkinkan lebih dari satu wafer, misalnya untuk proses di mana dua wafer dapat digunakan dan kemudian diikat menjadi satu.
Biaya tenaga kerja langsung merupakan biaya yang dikeluarkan operator untuk mengolah wafer. Pada pabrikasi 300mm generasi saat ini hanya ada sedikit operator karena sistem transportasi wafer menurunkan pod terpadu bukaan depan (FOUP) langsung ke alat, namun ada beberapa operator. Jam kerja yang diperlukan untuk aliran tertentu sebagian besar dihitung, dan tarif tenaga kerja yang sesuai diterapkan tergantung pada negara tempat pabrik tersebut berada.
Penyusutan adalah biaya tunggal terbesar dalam fabrikasi wafer, untuk proses baru yang mewakili lebih dari 60% biaya wafer (lihat gambar 6 di bawah). Estimasi penyusutan yang akurat memerlukan penentuan peralatan yang dibutuhkan dan keluaran untuk setiap langkah dalam aliran proses. Model yang akurat perlu menentukan pembangkitan peralatan yang tepat untuk suatu proses, keluaran, biaya peralatan, dan ruang fisik yang diperlukan untuk peralatan tersebut, serta membangun satu set lengkap untuk kapasitas target. Model yang akurat harus memiliki tabel latar belakang biaya peralatan dan konfigurasi berdasarkan node serta biaya konstruksi untuk ruang ruang bersih guna memungkinkan penghitungan biaya modal yang terperinci.
Biaya pemeliharaan peralatan meliputi biaya suku cadang peralatan yang terpakai selama pemrosesan seperti cincin kuarsa yang digunakan dalam ruang etsa, suku cadang perbaikan untuk mengganti sub sistem peralatan yang rusak selama pengoperasian peralatan, dan terakhir kontrak servis peralatan. Semua biaya ini perlu diperkirakan untuk set peralatan yang ditentukan selama perhitungan penyusutan.
Biaya tenaga kerja tidak langsung meliputi insinyur dan teknisi yang menjaga proses dan peralatan, supervisor yang mengelola tenaga kerja langsung, dan manajer yang mengawasi semuanya. Jumlah karyawan perlu diperkirakan dan gaji berdasarkan negara dan tahun diterapkan.
Biaya fasilitas meliputi listrik, air dan saluran pembuangan, pembangkitan air ultra murni, gas alam, pemeliharaan fasilitas, biaya hunian dan asuransi. Banyak dari biaya ini bergantung pada negara dan juga tahunnya. Model yang akurat perlu memiliki tabel latar belakang berdasarkan negara dan tahun serta algoritme untuk melakukan penghitungan.
Bahan habis pakai terdiri dari ratusan bahan berbeda yang dikonsumsi oleh proses (ini berbeda dari komponen peralatan yang dikonsumsi selama pemrosesan yang diperhitungkan dalam pemeliharaan peralatan). Bahan proses mencakup hal-hal seperti gas curah, prekursor CVD dan ALD, bahan habis pakai CMP, target PVD, photoresist dan reticle dan banyak item lainnya. Model yang akurat perlu menghitung biaya per tahun untuk ribuan bahan target per tahun dan menghitung penggunaan bahan berdasarkan langkah proses.
Implementasi Komersial
IC Knowledge adalah pemimpin dunia dalam pemodelan biaya dan harga untuk semikonduktor dan baru-baru ini mengembangkan teknologi simulasi proses untuk memungkinkan definisi proses langkah demi langkah dan estimasi biaya (Cost Explorer). Synopsys adalah pemimpin dunia dalam alat TCAD untuk pengembangan dan simulasi teknologi. IC Knowledge dan Synopsys telah bermitra untuk menanamkan Cost Explorer IC Knowledge dalam alat Synopsys Process Explorer yang digunakan untuk mensimulasikan struktur fisik yang dihasilkan oleh aliran proses target. Plug-in Cost Explorer untuk Process Explorer akan memungkinkan pengguna rangkaian Synopsys DTCO untuk menentukan target PPAC dan merancang proses untuk memenuhi target tersebut dalam lingkungan virtual menggunakan eksperimen yang dirancang untuk mengoptimalkan keempat elemen PPAC secara bersamaan.
Gambar 4 mengilustrasikan solusi Pengetahuan IC – Synopsys.
Gambar 4. Solusi PPAC TCAD Komersial.
Garis waktu saat ini untuk solusi ini:
- Status saat ini – pengujian beta di satu pelanggan dengan skrip yang dikembangkan pelanggan untuk secara otomatis mengisi Cost Explorer dari Process Explorer. Mulai menunjukkan kemampuan memilih pelanggan.
- Akhir tahun 2021 – model biaya eksternal dengan skrip (skrip Synopsys) untuk mengisi Cost Explorer dari Process Explorer.
- Pertengahan 2022 – plugin Process Explorer yang diimplementasikan sepenuhnya dan ketersediaan komersial.
Contoh Pelanggan
Seperti disebutkan di bagian sebelumnya, kami memiliki solusi pengujian beta pelanggan. Pelanggannya adalah OEM besar yang menggunakan solusi DTCO Synopsys untuk pengembangan teknologi. Pelanggan sedang mengembangkan proses Complementary FET (CFET) sebagai solusi generasi berikutnya di luar FinFET dan Horizontal Nanosheets (HNS).
Gambar 5 mengilustrasikan biaya wafer yang dikelompokkan berdasarkan kategori untuk kemungkinan aliran proses. Dalam model sebenarnya, semua hasilnya dalam dolar dan mewakili konfigurasi pabrik dan proses tertentu.
Gambar 5. Biaya Wafer Berdasarkan Kategori.
OEM ingin mengevaluasi biaya CFET dibandingkan dengan FinFET. Mereka membandingkan FinFET standar, FinFET dengan Buried Power Rail (BPR) (BPR memungkinkan kepadatan yang lebih baik), CFET monolitik dengan BPR, dan CFET sekuensial di mana proses CFET dibagi antara dua wafer yang kemudian diikat menjadi satu, sekali lagi, pada model sebenarnya hasilnya semua dalam dolar.
Gambar 6. Biaya Wafer yang Dinormalisasi versus Proses.
Kesimpulan utama dari gambar 6 adalah proses CFET yang dikembangkan OEM dengan BPR memiliki biaya yang kompetitif dibandingkan proses FinFET dengan BPR. Karena CFET menumpuk perangkat nFET dan pFET, mereka menawarkan peningkatan kepadatan yang signifikan dibandingkan FinFET.
Kesimpulan lain dari gambar 6 adalah proses CFET monolitik lebih murah dibandingkan proses CFET sekuensial. Proses CFET monolitik yang dikembangkan oleh OEM sangat selaras dan hemat biaya.
Saat melakukan pekerjaan ini, OEM juga mengevaluasi opsi litografi untuk interkoneksi lokal dengan membandingkan dua solusi:
- Masker mandrel interkoneksi lokal EUV dengan potongan EUV, dan EUV melalui masker.
- Masker mandrel interkoneksi lokal EUV dengan potongan DUV multipola, dan EUV melalui masker.
Karena pemotongan multipola dapat diterapkan dengan skema multipola yang relatif sederhana, mereka menemukan bahwa mereka dapat menghemat $52 meskipun akan ada dampak waktu siklus.
Kesimpulan
Meningkatnya biaya pembuatan wafer terdepan mendorong kebutuhan untuk beralih dari pengembangan teknologi berbasis PPA ke pengembangan teknologi berbasis PPAC. Kemitraan IC Knowledge dan Synopsys untuk pertama kalinya akan memberikan industri kemampuan merancang PPAC dalam lingkungan virtual sebelum menjalankan wafer. Kemampuan ini akan membawa perubahan besar bagi industri dan memungkinkan evolusi hukum Moore yang berkelanjutan.
Referensi
[1] Geoffrey Yeap dari TSMC selama panel Applied Materials IEDM 2019 “Logika: EUV Ada di Sini, Sekarang Apa?, “Waktu Biaya Area Kinerja Tenaga – PPACT di mana teknologi baru harus tepat waktu”.
[2] Luc Van Den Hove, Presiden dan CEO Imec, Imec Technology Forum 2020, “Teknologi untuk Masyarakat di New Normal,” slide 45, “Scaling Roadmap” “Kekuatan – Kinerja – Area – Biaya”.
[3] Materi Terapan, “Pengumuman Pengisian Kesenjangan Selektif,” SEMICON West 2020, slide 2, “Kekuatan, Kinerja, Biaya Area” juga termasuk waktu pemasaran.
Bagikan postingan ini melalui: Sumber: https://semiwiki.com/semiconductor-services/ic-knowledge/304437-sispad-cost-simulations-to-enable-ppac-aware-technology-development/
- 000
- 2019
- 2020
- 2021
- 3d
- Akun
- algoritma
- Semua
- Pengumuman
- arsitektur
- DAERAH
- tersedianya
- beta
- Bangunan
- panggilan
- Kapasitas
- modal
- ceo
- komersial
- Perusahaan
- Konferensi
- konstruksi
- kontrak
- Biaya
- negara
- terbaru
- pelanggan
- Itu
- Mendesain
- mengembangkan
- Pengembangan
- Devices
- dolar
- penggerak
- Pendapatan
- laba panggilan
- Tepi
- efisiensi
- listrik
- sebelas
- Insinyur
- Lingkungan Hidup
- peralatan
- perkiraan
- evolusi
- eksperimen
- Fasilitas
- Fed
- Angka
- Akhirnya
- Pertama
- pertama kali
- aliran
- permainan
- celah
- GAS
- di sini
- Seterpercayaapakah Olymp Trade? Kesimpulan
- HTTPS
- Ratusan
- mengenali
- Dampak
- Termasuk
- industri
- asuransi
- IT
- kunci
- pengetahuan
- tenaga kerja
- besar
- Hukum
- terkemuka
- Perpustakaan
- lokal
- Membuat
- Pasar
- masker
- bahan
- model
- pemodelan
- Gas alam
- menawarkan
- operasi
- Opsi
- Lainnya
- Lainnya
- Kemitraan
- Konsultan Ahli
- prestasi
- fisik
- polong
- kekuasaan
- Premiere
- presiden
- harga pompa cor beton mini
- Diproduksi
- Rel
- Hasil
- Run
- berjalan
- gaji
- Semikonduktor
- set
- Kulit
- Sederhana
- simulasi
- ENAM
- Solusi
- Space
- membagi
- Status
- Beralih
- sistem
- Taiwan
- target
- Teknologi
- Teknologi
- pengujian
- Dunia
- waktu
- mengangkut
- Pengguna
- Lawan
- maya
- air
- Barat
- Apa itu
- SIAPA
- Kerja
- dunia
- tahun
- tahun