Основные моменты технологического симпозиума TSMC 2021 - Кремниевая технология

Недавно TSMC провела свой ежегодный технологический симпозиум, на котором была представлена ​​обновленная информация о технологии обработки кремния и дорожной карте упаковки. В этой статье будут рассмотрены основные моменты развития кремниевых процессов и планы будущих выпусков.

В последующих статьях будут описаны предложения по упаковке, а также подробно рассмотрены вопросы разработки и квалификации технологий специально для автомобильного сектора. Несколько лет назад TSMC определила четыре «платформы», которые получат уникальные инвестиции в исследования и разработки для оптимизации конкретных технических предложений: высокопроизводительные вычисления (HPC); мобильный; периферийные/IoT-вычисления (сверхнизкое энергопотребление/утечка); и, автомобильная. Особое внимание на разработке процессов для автомобильного рынка было преобладающей темой на симпозиуме и будет рассмотрено в отдельной статье.

В скобках эти платформы остаются основой дорожной карты TSMC. Тем не менее, мобильный сегмент вышел за рамки смартфонов (4G) и теперь охватывает более широкий набор приложений. Появление «цифровой трансформации данных» привело к увеличению спроса на варианты беспроводной связи между пограничными устройствами и ресурсами облака/центра обработки данных, например, WiFi6/6E, 5G/6G (промышленные и городские) сети. В результате TSMC уделяет особое внимание своим инвестициям в разработку радиочастотных технологий для решения задач в этом расширяющемся сегменте.

Общие

Вот некоторые основные моменты симпозиума, за которыми следуют объявления по конкретным технологическим процессам.

• широта предложений

В 2020 году TSMC расширила свою поддержку, включив в нее 281 отдельную технологию обработки, поставив 11,617 510 продуктов XNUMX клиентам. Как и в предыдущие годы, TSMC с гордостью заявила, что «мы никогда не закрывали производство».

Текущая мощность в 2020 году превышает 12 млн (12-дюймовый эквивалент) пластин с инвестициями в расширение как для передовых (цифровых), так и для специализированных технологических узлов.

• инвестиции в капитальное оборудование

TSMC планирует инвестировать в общей сложности 100 миллиардов долларов США в течение следующих трех лет, включая капитальные затраты в размере 30 миллиардов долларов США в этом году, для удовлетворения потребностей клиентов по всему миру.

Глобальная выручка TSMC в 2020 году составила 47.78 млрд долларов — ежегодное выделение 30 млрд долларов на расширение производства, безусловно, предполагает ожидание значительного и продолжительного роста рынка полупроводников, особенно для семейств 7-нм и 5-нм техпроцессов. Например, в 7 году количество новых лентопротяжных устройств (NTO) для семейства 60-нм техпроцессов вырастет на 2021%.

TSMC приступила к строительству завода в США в Фениксе, штат Аризона. Массовое производство по технологии N5 начнется в 2024 году (~20 тыс. пластин в месяц).

• экологические инициативы

Фабрики являются требовательными потребителями электроэнергии, воды и (реактивных) химикатов. TSMC нацелена на переход на 100% возобновляемые источники энергии к 2050 году (25% к 2030 году). Кроме того, TSMC инвестирует в системы переработки и очистки «без отходов», возвращая использованные химические вещества к качеству «электронного класса».

Одно предостережение… Наша отрасль, как известно, циклична, с усиленными экономическими взлетами и падениями. Четкое сообщение от TSMC на симпозиуме заключается в том, что ускоренное внедрение полупроводников на всех платформах — от вычислительных центров с интенсивным использованием данных до беспроводной/мобильной связи, автомобильных систем и устройств с низким энергопотреблением — будет продолжаться в обозримом будущем.

Дорожная карта технологических процессов

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

На рисунке ниже показана дорожная карта передовых технологий.

N7+ представляет собой введение EUV-литографии в базовый процесс N7. N5 находится в серийном производстве с 2020 года.

N3 останется технологическим предложением на основе FinFET, а серийное производство начнется во второй половине 2 года. По сравнению с N2022, N5 обеспечит:

• +10-15% производительности (изо-мощность)
• -25-30% мощность (изо-производительность)
• +70% логическая плотность
• +20% плотность SRAM
• +10% аналоговая плотность

TSMC Foundation IP обычно предлагает две стандартные библиотеки ячеек (разной высоты дорожек) для обеспечения уникальной производительности и логической плотности сегментов высокопроизводительных вычислений и мобильных устройств. Для N3 необходимость «полного охвата» диапазона производительности/мощности (и области напряжения питания) привела к введению третьей стандартной библиотеки ячеек, как показано ниже.

Поддержка проектирования для N3 будет переведена в статус PDK версии 1.0 в следующем квартале, а широкий набор IP-адресов будет квалифицирован ко 2/3 кварталу 2022 года.

N4 — это уникальный «толчок» к существующему производственному процессу N5. Оптическая усадка доступна напрямую, совместима с существующими конструкциями N5. Кроме того, для новых проектов (или существующих проектов, заинтересованных в физической повторной реализации) доступны некоторые улучшения текущих правил проектирования N5 и обновление стандартных библиотек ячеек.

Точно так же N6 является обновлением семейства 7-нм с более широким внедрением литографии EUV (по сравнению с N7+). TSMC указала: «N7 остается ключевым предложением для растущего числа мобильных устройств 5G и ускорителей искусственного интеллекта в 2021 году».

• N7HPC и N5HPC

Свидетельством жестких требований к производительности платформы HPC является заинтересованность заказчика в применении «перегрузки» напряжения питания выше номинального предела VDD процесса. TSMC будет предлагать уникальные варианты процессов «N7HPC» (4Q21) и «N5HPC» (2Q22), поддерживающие ускорение, как показано ниже.

Для этих технологий HPC будет выпущен соответствующий выпуск SRAM IP. Как и ожидалось, проектировщики, заинтересованные в этом (улучшение на однозначный процент) параметре производительности, должны будут учитывать повышенную статическую утечку, факторы повышения надежности BEOL и механизмы отказа устройства из-за старения. Заслуживают внимания инвестиции TSMC в разработку и квалификацию процессов, специально оптимизированных для отдельных платформ. (Последний вариант процесса, специфичный для HPC, был на узле 28 нм.)

• RF технология

Рыночный спрос на беспроводную связь WiFi6/6E и 5G (менее 6 ГГц и миллиметрового диапазона) заставил TSMC уделять больше внимания оптимизации процессов для радиочастотных устройств. РЧ-переключатели также являются ключевой областью применения. Протоколы беспроводной связи с низким энергопотреблением, такие как Bluetooth (со значительной функциональностью цифровой интеграции), также находятся в центре внимания. Автомобильные радиолокационные системы визуализации, несомненно, будут пользоваться растущим спросом. Области применения mmWave показаны на рисунке ниже.

Двумя ключевыми параметрами, обычно используемыми для описания характеристик радиочастотной технологии, являются:

• устройства Ft («частота среза»), где коэффициент усиления по току = 1, обратно пропорциональный длине канала устройства, L
• устройства Fmax («максимальная частота колебаний»), где коэффициент усиления по мощности = 1, пропорциональный корню квадратному из Ft, обратно пропорциональный корню квадратному из Cgd и Rg

Дорожная карта радиочастотной технологии TSMC показана ниже и разделена на различные сегменты приложений.

Процесс N6RF был освещен на симпозиуме — сравнение производительности устройства с N16FFC-RF показано ниже.

Процессы N28HPC+RF и N16FFC-RC также недавно получили улучшения — например, были выделены улучшения в паразитном сопротивлении затвора, Rg. Для приложений с малошумящими усилителями (LNA) TSMC развивает свои предложения SOI на 130 и 40 нм.

• УЛП/УЛЛ Технологии

Прогнозируется, что приложения IoT и периферийных устройств станут более распространенными, требуя увеличения вычислительной пропускной способности при очень низком рассеивании мощности (ULP) в сочетании со сверхнизким рассеиванием (ULL) статической мощности рассеяния для увеличения срока службы батареи.

TSMC предоставила варианты процесса ULP, т. е. рабочие функции для IP при очень низком напряжении питания VDD. TSMC также включила решения ULL, в которых устройства/IP используют оптимизированные пороговые напряжения.

Ниже приводится обзор платформы IoT (ULP/ULL) и дорожной карты процессов.

Узел процесса N12e был выделен TSMC, интегрируя технологию встроенной энергонезависимой памяти (MRAM или RRAM) со стандартной функциональностью ячеек до 0.55 В (с использованием устройств SVT; ячейки с низким Vt позволили бы снизить VDD и активную мощность при более высокой утечке). . Сопоставимое внимание было также уделено уменьшению Vmin и тока утечки в режиме ожидания N12e SRAM IP.

Обзор

На симпозиуме TSMC представила несколько новых разработок процессов с определенной оптимизацией для HPC, IoT и автомобильных платформ. Усовершенствования радиочастотных технологий также находятся в центре внимания для поддержки быстрого внедрения новых стандартов беспроводной связи. И, конечно же, хотя на симпозиуме этому не уделялось особого внимания, существует четкая дорожная карта выполнения для передовых основных узлов процессов — N7+, N5 и N3 — с дополнительными постоянными улучшениями процессов, что отражено в выпуске промежуточных узлов. узлы N6 и N4.

Для получения дополнительной информации о дорожной карте цифровых технологий TSMC, пожалуйста, следуйте этому ссылке.

-чипгай

Поделитесь этим постом через: Источник: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/