Zostałem zaproszony do wygłoszenia przemówienia plenarnego na konferencji SISPAD we wrześniu 2021 r. Dla każdego, kto nie zna SISPAD, jest to premierowa konferencja TCAD. W tym roku po raz pierwszy SISPAD chciał zająć się kosztami, a mój wykład brzmiał: „Symulacje kosztów umożliwiające rozwój technologii PPAC Aware”.
Od wielu lat standardem w rozwoju technologii są parametry mocy, wydajności i powierzchni (PPA), na przykład: w rozmowie o wynikach TSMC za 2020 kwartał 4 r. N3 będzie miał o 30% niższą moc przy tej samej wydajności (Moc), o 15% większą wydajność przy ta sama moc (wydajność) i o 70% większa gęstość (powierzchnia).
Ostatnio rosnące koszty płytek powodują potrzebę dodania kosztów, takich jak PPAC, moc, wydajność, powierzchnia i Koszty:. Firmy takie jak TSMC na IEDM 2019 [1], Imec na swoim forum technologicznym w 2020 r. [2] i Applied Materials na SEMICON West w 2020 r. [3] i wiele innych zajmują się PPAC.
Obecna praktyka przy opracowywaniu nowej technologii polega na zdefiniowaniu początkowych celów PPA, identyfikacji projektów do oceny PPA, wyborze architektury tranzystora, opracowaniu wstępnego przebiegu procesu, symulacji wydajności tranzystora i wyodrębnieniu modelu SPICE, wybraniu standardowej architektury ogniwa i wygenerowaniu biblioteka komórkowa. Biblioteka komórek i przebieg procesu są następnie wprowadzane do pakietu symulacji Design Technology Co Optimization, takiego jak oferowany przez firmę Synopsys, w celu symulacji procesu, wygenerowania struktury 3D i wyodrębnienia listy sieci pasożytniczych. Następnie można scharakteryzować bibliotekę, wykonać projekt fizyczny i ocenić PPA. Następnie ocenia się PPA i można przeprowadzić zaprojektowane iteracje eksperymentu, aby osiągnąć cele PPA, a wszystko to w środowisku symulacyjnym. W tym procesie brakuje świadomości kosztów. Jeśli do pakietu DTCO zostanie dodana możliwość symulacji kosztów, wówczas proces może być ukierunkowany na PPAC, a iteracje można wykonywać w środowisku symulacyjnym, aby osiągnąć cele PPAC.
Aby dokładnie symulować koszty, należy wziąć pod uwagę zarówno obiekt realizujący proces, jak i sam proces. Ten sam proces w dwóch różnych obiektach będzie miał różne koszty, czasem znacząco różne. Dwa różne procesy prowadzone w tym samym obiekcie będą miały różne koszty, czasem znacząco różne.
Koszt obiektu
Zaprojektowana wydajność fabryki ma znaczący wpływ na koszty. Istnieje szeroka gama przepustowości dla fabrycznego sprzętu, a im wyższa jest wydajność projektowa fabryki, tym lepsze można osiągnąć dopasowanie wydajności zestawu sprzętu. Skutkuje to wyższą efektywnością kapitałową, a tym samym niższym kosztem w przeliczeniu na płytkę w fabrykach o większej wydajności. Rysunek 1. Ilustruje znormalizowany koszt płytek w porównaniu z wydajnością fabryki od podstaw działającej w procesie 5 nm na Tajwanie.
Rysunek 1. Koszt płytki w porównaniu z wydajnością fabryki.
Kraj, w którym znajduje się fabryka, również ma wpływ na koszt. Rysunek 2 porównuje tę samą fabrykę opisaną powyżej, zaprojektowaną na 40,000 2 płytek miesięcznie w sześciu różnych krajach. Koszty na rysunku XNUMX są wyłącznie kosztami operacyjnymi i nie obejmują żadnych zachęt.
Rysunek 2. Koszt opłatka w zależności od kraju.
Kolejnym krytycznym czynnikiem kosztowym jest wiek fabryki. W przypadku nowej fabryki amortyzacja może stanowić ponad 60% kosztu wytworzenia płytki. Rysunek 3 ilustruje tę samą fabrykę opisaną wcześniej dla pięciu różnych przedziałów czasowych:
- w pierwszym roku wzrost (przy założeniu średniego wykorzystania 50%).
- Lata od drugiego do piątego, kiedy fabryka jest rozbudowywana, ale sprzęt nadal traci na wartości.
- Rok szósty, w którym sprzęt podlega amortyzacji.
- Jedenasty rok, w którym systemy obiektu są amortyzowane.
- Rok szesnasty, w którym następuje amortyzacja stanu surowego budynku.
Rysunek 3. Koszt płytki w porównaniu z wiekiem fabryki.
Dokładne modelowanie kosztów wymaga możliwości zdefiniowania mocy produkcyjnych, kraju i wieku fabryki.
Koszt procesu
Koszty procesu zaczynają się od początkowego kosztu płytki lub płytek. Modelowanie musi uwzględniać, czy płytka wyjściowa jest płytką polerowaną, płytką Epi, czy płytką specjalną, taką jak jakiś rodzaj SOI. Modelowanie musi także uwzględniać więcej niż jedną płytkę, na przykład w procesach, w których można zastosować dwie płytki, a następnie połączyć je ze sobą.
Bezpośrednie koszty pracy to koszt przetwarzania płytek przez operatorów. W fabrykach obecnej generacji o średnicy 300 mm jest co kilku operatorów, ponieważ systemy transportu płytek opuszczają otwierane z przodu ujednolicone zasobniki (FOUP) bezpośrednio na narzędzie, ale jest kilku operatorów. Najczęściej oblicza się godziny pracy wymagane dla konkretnego przepływu i stosuje się odpowiednią stawkę robocizny w zależności od kraju, w którym znajduje się fabryka.
Amortyzacja to największy pojedynczy koszt produkcji płytek, w przypadku nowych procesów stanowi ponad 60% kosztu płytek (patrz rysunek 6 poniżej). Dokładne szacunki amortyzacji wymagają określenia wymaganego sprzętu i przepustowości na każdym etapie przebiegu procesu. Dokładny model musi określić odpowiednią generację sprzętu dla procesu, przepustowość, koszt sprzętu i przestrzeń fizyczną potrzebną dla sprzętu oraz zbudować kompletny zestaw dla docelowej wydajności. Dokładny model powinien zawierać tabele tła kosztów sprzętu i konfiguracji według węzłów oraz kosztów budowy pomieszczeń czystych, aby umożliwić szczegółowe obliczenia kosztów kapitałowych.
Koszty konserwacji sprzętu obejmują koszty części sprzętu zużywanych podczas przetwarzania, takich jak pierścienie kwarcowe używane w komorach trawienia, części naprawcze mające na celu wymianę podsystemów sprzętu, które psują się podczas pracy sprzętu, i wreszcie umowy serwisowe sprzętu. Wszystkie te koszty należy oszacować dla zestawu wyposażenia ustalonego podczas obliczeń amortyzacji.
Pośrednie koszty pracy obejmują inżynierów i techników utrzymujących proces i sprzęt, kierowników zarządzających bezpośrednią pracą oraz menedżerów nadzorujących wszystko. Należy oszacować liczbę pracowników i zastosować wynagrodzenia według kraju i roku.
Koszty obiektu obejmują energię elektryczną, wodę i ścieki, wytwarzanie wody ultraczystej, gaz ziemny, utrzymanie obiektu, koszty użytkowania i ubezpieczenie. Wiele z tych kosztów zależy od kraju i roku. Dokładny model musi zawierać tabele podstawowe według kraju i roku oraz algorytmy do wykonywania obliczeń.
Materiały eksploatacyjne składają się z setek różnych materiałów zużywanych w procesie (różnią się one od części sprzętu zużywanych podczas przetwarzania uwzględnianych w konserwacji sprzętu). Materiały procesowe obejmują gazy luzem, prekursory CVD i ALD, materiały eksploatacyjne CMP, tarcze PVD, fotomaskę i siatki oraz wiele innych przedmiotów. Dokładny model musi uwzględniać koszty w ujęciu rocznym dla tysięcy materiałów docelowych w poszczególnych latach i obliczać zużycie materiałów w poszczególnych etapach procesu.
Wdrożenie komercyjne
IC Knowledge jest światowym liderem w dziedzinie modelowania kosztów i cen półprzewodników. Niedawno opracował technologię symulacji procesów, aby umożliwić krok po kroku definiowanie procesów i szacowanie kosztów (Cost Explorer). Synopsys jest światowym liderem w dziedzinie narzędzi TCAD do rozwoju technologii i symulacji. IC Knowledge i Synopsys nawiązały współpracę w celu osadzenia narzędzia Cost Explorer firmy IC Knowledge w narzędziu Synopsys Process Explorer, które służy do symulacji struktury fizycznej wytwarzanej przez docelowy przebieg procesu. Wtyczka Cost Explorer do Process Explorer umożliwi użytkownikom pakietu Synopsys DTCO definiowanie celów PPAC i projektowanie procesów pozwalających osiągnąć te cele w środowisku wirtualnym z wykorzystaniem zaprojektowanych eksperymentów w celu optymalizacji pod kątem wszystkich czterech elementów PPAC jednocześnie.
Rysunek 4 ilustruje rozwiązanie IC Knowledge – Synopsys.
Rysunek 4. Komercyjne rozwiązanie PPAC TCAD.
Aktualny harmonogram tego rozwiązania:
- Obecny stan – testy beta u jednego klienta z opracowanym przez klienta skryptem do automatycznego wypełniania Eksploratora kosztów z Eksploratora procesów. Zaczynamy pokazywać możliwość selekcji klientów.
- Koniec 2021 – model kosztów zewnętrznych ze skryptem (skrypt Synopsys) do wypełnienia Eksploratora Kosztów z Eksploratora Procesów.
- Połowa 2022 r. – w pełni wdrożona wtyczka Process Explorer i dostępność komercyjna.
Przykłady klientów
Jak wspomniano w poprzedniej sekcji, przeprowadzamy testy wersji beta rozwiązania przez klientów. Klientem jest duży producent OEM, który wykorzystuje rozwiązanie DTCO firmy Synopsys do rozwoju technologii. Klient opracowuje procesy uzupełniających FET (CFET) jako rozwiązanie nowej generacji wykraczające poza FinFET i poziome nanoarkusze (HNS).
Rysunek 5 ilustruje koszt płytki w podziale na kategorie dla możliwego przebiegu procesu. W rzeczywistym modelu wszystkie wyniki podawane są w dolarach i reprezentują konkretną konfigurację fabryki i procesu.
Rysunek 5. Koszt opłatka według kategorii.
Producent OEM chciał ocenić koszty CFET w porównaniu z FinFET. Porównali standardowy FinFET, FinFET z zakopaną szyną zasilającą (BPR) (BPR umożliwia lepszą gęstość), monolityczny CFET z BPR i sekwencyjny CFET, w którym proces CFET jest dzielony na dwie płytki, które są następnie ponownie łączone ze sobą, w rzeczywistym modelu wszystkie wyniki podane są w dolarach.
Rysunek 6. Znormalizowany koszt płytki w zależności od procesu.
Kluczowym wnioskiem z rysunku 6 jest to, że opracowany przez OEM proces CFET z BPR jest konkurencyjny pod względem kosztów w stosunku do procesu FinFET z BPR. Ponieważ CFET łączą w sobie urządzenia nFET i pFET, oferują znaczną poprawę gęstości w porównaniu z FinFET.
Innym wnioskiem z rysunku 6 jest to, że monolityczny proces CFET jest tańszy niż sekwencyjny proces CFET. Monolityczny proces CFET opracowany przez producenta OEM jest wysoce samonastawny i zoptymalizowany pod względem kosztów.
Wykonując te prace, producent OEM ocenił również opcje litografii dla lokalnych połączeń wzajemnych, porównując dwa rozwiązania:
- Lokalna maska trzpieniowa EUV z nacięciem EUV i maska EUV przelotowa.
- Lokalna maska trzpieniowa EUV z wielowarstwowym wycięciem DUV i maska EUV przelotowa.
Ponieważ cięcie wielowzorcowe można wdrożyć za pomocą stosunkowo prostego schematu wielowzorcowego, odkryli, że mogliby zaoszczędzić 52 dolary, chociaż miałoby to pewien wpływ na czas cyklu.
Wnioski
Coraz szybszy wzrost kosztów produkcji najnowocześniejszych płytek powoduje potrzebę przejścia z rozwoju technologii opartej na PPA na rozwój technologii opartej na PPAC. Partnerstwo IC Knowledge i Synopsys po raz pierwszy zapewni branży możliwość projektowania PPAC w środowisku wirtualnym, zanim w ogóle uruchomione zostaną płytki. Możliwość ta zmieni zasady gry w branży i umożliwi ciągłą ewolucję prawa Moore'a.
Referencje
[1] Geoffrey Yeap z TSMC podczas panelu Applied Materials IEDM 2019 „Logika: EUV jest tutaj, co teraz?”, „Czas w obszarze wydajności energetycznej – PPACT, gdzie nowe technologie muszą być na czas”.
[2] Luc Van Den Hove, prezes i dyrektor generalny Imec, Forum Technologiczne Imec 2020, „Technologie dla ludzi w nowej normalności”, slajd 45, „Plan skalowania” „Moc – Wydajność – Obszar – Koszt”.
[3] Materiały stosowane, „Ogłoszenie o selektywnym wypełnieniu luk”, SEMICON West 2020, slajd 2, „Moc, wydajność, koszt powierzchni”, w tym również czas wprowadzenia produktu na rynek.
Udostępnij ten post przez: Źródło: https://semiwiki.com/semiconductor-services/ic-knowledge/304437-sispad-cost-simulations-to-enable-ppac-aware-technology-development/
- 000
- 2019
- 2020
- 2021
- 3d
- Konto
- Algorytmy
- Wszystkie kategorie
- Zapowiedź
- architektura
- POWIERZCHNIA
- dostępność
- beta
- Budowanie
- wezwanie
- Pojemność
- kapitał
- ceo
- handlowy
- Firmy
- Konferencja
- Budowa
- umowy
- Koszty:
- kraje
- Aktualny
- Klientów
- To
- Wnętrze
- rozwijać
- oprogramowania
- urządzenia
- dolarów
- jazdy
- Zarobki
- zarobki zadzwoń
- krawędź
- efektywność
- elektryczność
- jedenaście
- Inżynierowie
- Środowisko
- sprzęt
- Szacunki
- ewolucja
- eksperyment
- Łatwość
- nakarmiony
- Postać
- W końcu
- i terminów, a
- pierwszy raz
- pływ
- gra
- szczelina
- GAS
- tutaj
- W jaki sposób
- HTTPS
- Setki
- zidentyfikować
- Rezultat
- Włącznie z
- przemysł
- ubezpieczenie
- IT
- Klawisz
- wiedza
- praca
- duży
- Prawo
- prowadzący
- Biblioteka
- miejscowy
- Dokonywanie
- rynek
- maska
- materiały
- model
- modelowanie
- Natural Gas
- oferta
- operacyjny
- Opcje
- Inne
- Pozostałe
- Współpraca
- Ludzie
- jest gwarancją najlepszej jakości, które mogą dostarczyć Ci Twoje monitory,
- fizyczny
- pods
- power
- Premiere
- prezydent
- Cena
- Wytworzony
- Kolej
- Efekt
- run
- bieganie
- pensje
- Półprzewodniki
- zestaw
- Powłoka
- Prosty
- symulacja
- SIX
- Rozwiązania
- Typ przestrzeni
- dzielić
- Rynek
- Przełącznik
- systemy
- Tajwan
- cel
- Technologies
- Technologia
- Testowanie
- świat
- czas
- transportu
- Użytkownicy
- Przeciw
- Wirtualny
- Woda
- Zachód
- Co to jest
- KIM
- Praca
- świat
- rok
- lat