עיקרי סימפוזיון הטכנולוגיה של TSMC 2021 - טכנולוגיית סיליקון

לאחרונה, TSMC ערכה את סימפוזיון הטכנולוגיה השנתי שלה, וסיפקה עדכון על טכנולוגיית תהליך הסיליקון ומפת הדרכים של האריזה. מאמר זה יסקור את הדגשים בפיתוחי תהליך הסיליקון ותוכניות השחרור העתידיות.

המאמרים הבאים יתארו את היצע האריזות ויתעמקו בפיתוח טכנולוגי והסמכה במיוחד למגזר הרכב. לפני מספר שנים, TSMC הגדירה ארבע "פלטפורמות" שיקבלו השקעות מו"פ ייחודיות כדי לייעל הצעות טכניות ספציפיות: מחשוב ביצועים גבוהים (HPC); נייד; מחשוב קצה/IoT (הספק/דליפה נמוכים במיוחד); וכן, רכב. ההתמקדות בפיתוח תהליכים עבור שוק הרכב הייתה נושא נפוץ בסימפוזיון, ותידון במאמר נפרד.

בסוגריים, הפלטפורמות הללו נשארות הבסיס למפת הדרכים של TSMC. עם זאת, פלח המובייל התפתח מעבר לסמארטפונים (4G) כדי להקיף מערך רחב יותר של יישומים. הופעתה של "טרנספורמציה של נתונים דיגיטליים" הובילה לביקוש מוגבר לאפשרויות תקשורת אלחוטיות בין התקני קצה ומשאבי ענן/מרכז נתונים - למשל, רשתות WiFi6/6E, 5G/6G (תעשייתיות ומטרופולין). כתוצאה מכך, TSMC מדגישה את ההשקעה שלה בפיתוח טכנולוגיית תהליכי RF, כדי לתת מענה למגזר מתרחב זה.

כללי

להלן כמה דגשים כלליים מהסימפוזיון, ואחריו הכרזות ספציפיות על טכנולוגיות תהליך.

• רוחב הנפקות

בשנת 2020, TSMC הרחיבו את תמיכתם כך שתכלול 281 טכנולוגיות תהליכיות שונות, ומשלוחים 11,617 מוצרים ל-510 לקוחות. כמו בשנים קודמות, TSMC הצהיר בגאווה "מעולם לא סגרנו מותג".

הקיבולת הנוכחית בשנת 2020 עולה על 12 מיליון (שקולות ערך 12 אינץ') פרוסות, עם השקעות הרחבה הן עבור צמתים מתקדמים (דיגיטליים) והן עבור צמתי תהליך מיוחד.

• השקעה בציוד הון

TSMC מתכננת להשקיע סך של 100 מיליארד דולר בשלוש השנים הקרובות, כולל הוצאה הונית של 30 מיליארד דולר השנה, כדי לתמוך בצרכי הלקוחות העולמיים.

ההכנסות העולמיות של TSMC לשנת 2020 היו 47.78 מיליארד דולר - ההתחייבות השנתית של 30 מיליארד דולר להתרחבות נהדרת בהחלט תצביע על ציפייה לצמיחה משמעותית ומורחבת בשוק המוליכים למחצה, במיוחד עבור משפחות התהליכים 7nm ו-5nm. לדוגמה, הקלטות חדשות (NTOs) למשפחת ה-7nm יעלו ב-60% ב-2021.

TSMC החלה בבניית מפעל אמריקאי בפיניקס, AZ - ייצור נפח של תהליך ה-N5 יתחיל ב-2024 (כ-20 פרוסות לחודש).

• יוזמות סביבתיות

Fabs דורשים צרכנים של חשמל, מים וכימיקלים (תגובתיים). TSMC מתמקדת במעבר ל-100% מקורות אנרגיה מתחדשים עד 2050 (25% עד 2030). בנוסף, TSMC משקיעה במערכות מיחזור וטיהור "אפס פסולת", ומחזירה כימיקלים משומשים לאיכות "כיתה אלקטרונית".

הערת אזהרה אחת... התעשייה שלנו היא מחזורית מפורסמת, עם עליות וירידות כלכליות מוגברות. המסר הברור מ-TSMC בסימפוזיון הוא שהאימוץ המואץ של מוליכים למחצה בכל הפלטפורמות - ממרכזי חישוב עתירי נתונים לתקשורת אלחוטית/נייד, למערכות רכב ועד למכשירים בעלי הספק נמוך - יימשך בעתיד הנראה לעין.

מפת הדרכים של טכנולוגיית תהליך

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

האיור שלהלן מסכם את מפת הדרכים של הטכנולוגיה המתקדמת.

N7+ מייצג את ההקדמה של ליטוגרפיית EUV לתהליך N7 הבסיסי. N5 נמצא בייצור נפחי מאז 2020.

N3 יישאר היצע טכנולוגיה מבוסס FinFET, עם ייצור נפחי החל ב-2H2022. בהשוואה ל-N5, N3 יספק:

• +10-15% ביצועים (iso-power)
• -25-30% כוח (איזו-ביצועים)
• +70% צפיפות לוגית
• +20% צפיפות SRAM
• +10% צפיפות אנלוגית

TSMC foundation IP הציעה בדרך כלל שתי ספריות תאים סטנדרטיות (בגובה מסלול שונה) כדי לתת מענה לביצועים הייחודיים ולצפיפות הלוגיקה של מקטעי HPC והנייד. עבור N3, הצורך ב"כיסוי מלא" של תחום הביצועים/הספק (ותחום מתח האספקה) הוביל להחדרה של ספריית תאים סטנדרטית שלישית, כפי שמתואר להלן.

הפעלת העיצוב עבור N3 מתקדמת לקראת סטטוס v1.0 PDK ברבעון הבא, עם קבוצה רחבה של IP שהוסמכה על ידי 2Q/3Q 2022.

N4 הוא "דחיפה" ייחודית לתהליך הייצור הקיים של N5. כיווץ אופטי זמין ישירות, תואם לעיצובי N5 קיימים. בנוסף, עבור עיצובים חדשים (או עיצובים קיימים המעוניינים להמשיך ביישום מחדש פיזי), ישנם כמה שיפורים זמינים לכללי העיצוב הנוכחיים של N5 ועדכון לספריות התאים הסטנדרטיות.

באופן דומה, N6 הוא עדכון למשפחת ה-7nm, עם אימוץ הולך וגובר של ליטוגרפיית EUV (מעל N7+). TSMC ציינה, "N7 נותרה הצעה מרכזית למספר ההולך וגדל של תכנוני 5G ניידים ומאיצי AI בשנת 2021."

• N7HPC ו-N5HPC

אינדיקציה לדרישות הביצועים התובעניות של פלטפורמת HPC היא האינטרס של הלקוח בהפעלת מתח אספקה ​​"הילוך יתר", מעל גבול ה-VDD הנומינלי של התהליך. TSMC תציע גרסאות תהליכיות ייחודיות "N7HPC" (4Q21) ו-"N5HPC" (2Q22) התומכות ב-overdrive, כפי שמוצג להלן.

תהיה גרסה מתאימה של עיצוב SRAM IP עבור טכנולוגיות HPC אלה. כצפוי, מעצבים המעוניינים באפשרות זו (שיפור באחוז חד ספרתי) יצטרכו לטפל בדליפה סטטית מוגברת, גורמי האצת אמינות BEOL ומנגנוני כשל בהזדקנות המכשירים. ההשקעה של TSMC בפיתוח והסמכה של תהליכים המותאמים במיוחד לפלטפורמות בודדות ראויה לציון. (הגרסה האחרונה של התהליך הספציפית ל-HPC הייתה בצומת 28nm.)

• טכנולוגיית RF

הביקוש בשוק לתקשורת אלחוטית WiFi6/6E ו-5G (תת 6GHz ו-mmWave) הובילה את TSMC להגביר את ההתמקדות באופטימיזציות של תהליך עבור התקני RF. מתגי RF הם גם אזור יישום מרכזי. פרוטוקולי תקשורת אלחוטיים בהספק נמוך, כגון Bluetooth (עם פונקציונליות אינטגרציה דיגיטלית משמעותית) הם גם מוקד. מערכות הדמיית מכ"ם לרכב ללא ספק יחוו ביקוש הולך וגובר. יישומי mmWave מסוכמים באיור למטה.

שני הפרמטרים העיקריים המשמשים בדרך כלל לתיאור ביצועי טכנולוגיית RF הם:

• התקן Ft ("תדר חיתוך"), שבו רווח זרם = 1, ביחס הפוך לאורך ערוץ המכשיר, L
• התקן Fmax ("תדירות תנודה מקסימלית"), כאשר רווח הספק = 1, פרופורציונלי לשורש הריבועי של Ft, ביחס הפוך לשורש הריבועי של Cgd ו-Rg

מפת הדרכים של טכנולוגיית TSMC RF מוצגת להלן, מחולקת למקטעי יישומים שונים.

תהליך N6RF הודגש בסימפוזיון - השוואת ביצועי המכשיר ל-N16FFC-RF מוצגת להלן.

גם התהליכים N28HPC+RF ו-N16FFC-RC קיבלו שיפורים לאחרונה - לדוגמה, שיפורים בהתנגדות השער הטפילי, Rg, הודגשו. עבור יישומי מגבר רעש נמוך (LNA), TSMC מפתחת את היצע ה-SOI שלהם ב-130 ננומטר ו-40 ננומטר.

• ULP/ULL Technologies

יישומי IoT והתקן קצה צפויים להיות נפוצים יותר, ודורשים הגדלת התפוקה החישובית בפיזור הספק נמוך מאוד (ULP) בשילוב עם פיזור הספק סטטי של דליפה נמוכה במיוחד (ULL) לשיפור חיי הסוללה.

TSMC סיפקה גרסאות של תהליך ULP - כלומר, פונקציונליות תפעולית עבור IP במתח אספקת VDD נמוך מאוד. TSMC אפשרה גם פתרונות ULL, כאשר התקנים/IP משתמשים במתחי סף אופטימליים.

סקירה כללית של פלטפורמת IoT (ULP/ULL) ומפת הדרכים של התהליך ניתנת להלן.

צומת התהליך N12e הודגש על ידי TSMC, המשלב טכנולוגיית זיכרון לא נדיף משובץ (MRAM או RRAM), עם פונקציונליות תא סטנדרטית עד 0.55V (באמצעות התקני SVT; תאי Vt נמוכים יאפשרו VDD נמוך יותר והספק פעיל בדליפה גבוהה יותר) . התמקדות דומה בוצעה כדי להפחית את ה-Vmin וזרם דליפה במצב המתנה של N12e SRAM IP, גם כן.

<br> סיכום

בסימפוזיון, TSMC הציגה מספר פיתוחי תהליכים חדשים, עם אופטימיזציות ספציפיות עבור HPC, IoT ופלטפורמות רכב. שיפורים בטכנולוגיית RF הם גם מוקד, בתמיכה באימוץ מהיר של תקני תקשורת אלחוטית חדשים. ומה שבטוח, למרות שזה לא קיבל דגש רב בסימפוזיון, ישנה מפת דרכים ברורה לביצוע צמתי התהליך המיינסטרים המתקדמים - N7+, N5 ו-N3 - עם שיפורים מתמשכים בתהליך, כפי שבא לידי ביטוי בשחרור של ביניים צמתים N6 ו-N4.

למידע נוסף על מפת הדרכים של הטכנולוגיה הדיגיטלית של TSMC, אנא עקוב אחר זה קישור.

-צ'יפגיא

שתף את הפוסט הזה באמצעות: מקור: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/