Samsung приступила к выпуску 7-нм EUV чипов

Компания Samsung Foundry в среду объявила о начале производства микросхем по технологии 7LPP (7 нм low power plus), которая использует экстремальную ультрафиолетовую литографию (extreme ultraviolet lithography, EUVL, EUV) для отдельных слоёв. Новый технологический процесс позволит Samsung существенно увеличить плотность транзисторов в микросхемах, при всем этом снижая их энергопотребление. Кроме этого, использование EUVL позволяет Samsung уменьшить количество используемых при производстве фотомасок, что даст возможность сократить производственный цикл.

Значительные достоинства

Производитель полупроводников говорит, что в сравнении с технологией производства 10LPE, техпроцесс 7LPP позволяет уменьшить площадь микросхемы на 40 % (при постоянной сложности), также понизить потребление энергии на 50 % (при постоянной сложности и тактовой частоте) либо на 20 % увеличить тактовую частоту (при постоянной сложности и потреблении). Таким образом, использование EUV-литографии для отдельных слоёв позволяет Samsung Foundry располагать на 40 % больше транзисторов внутри систем на кристалле (system-on-chip, SoC) следующего поколения, при всем этом снижая их энергопотребление и/либо увеличивая тактовую частоту. Схожий набор преимуществ является очень убедительным предложением для мобильных SoC, которые будут использоваться для будущих флагманских смартфонов.

Samsung 7LPP: главные достоинства

Samsung производит микросхемы, используя технологический процесс 7LPP в производственном комплексе Fab S3 (Хвасон, Южная Корея). По заверениям представителей компании, любой из имеющихся в распоряжении EUV-сканеров ASML Twinscan NXE: 3400B может обрабатывать до 1500 подложек в день, что на сто процентов соответствует требованиям к массовому производству. Кроме этого, в фирме говорят, что мощность источника света для обозначенного оборудования составляет 280 ватт при сохранении бесперебойности работы, что выше достигнутого некоторыми соперниками. В Samsung не открывают, используют ли особые плёнки (pellicles), которые защищают фотомаски от деградации, а только указывают на то, что использование EUV позволяет сократить количество фотомасок, требуемых для одной микросхемы, на 20 %. Кроме этого, компания заявила, что разработала патентованный инструмент для проверки EUV-масок для обнаружения изъянов и устранения недочетов на раннем шаге производственного цикла (что, возможно, положительно воздействует на выход пригодных).

Заслуги Samsung Foundry в области EUV

Как и другие контрактные производители микросхем, Samsung Foundry не открывает имена своих клиентов, использующих технологический процесс 7LPP, но намекает, что 1-ые 7-нм чипы будут применяться для мобильных и суперкомпьютерных приложений. Как правило, Samsung Electronics является первым клиентом, кто использует передовые нормы производства своего дочернего предприятия. Таким образом, разумно ждать поступления 7-нм SoC внутри будущих высокопроизводительных смартфонов Samsung в 2019 году. Кроме этого, известно, что Qualcomm будет использовать технологию Samsung 7LPP для производства микросхем Snapdragon с поддержкой 5G.

Продвинутые IP-блоки и способы упаковки

Технология производства 7LPP предлагает впечатляющие достоинства в сравнении с техпроцессом 10LPE, что будет в особенности важным для мобильных и HPC-приложений. Между тем, стремясь сделать процесс привлекательным для как можно более широкого круга возможных клиентов, Samsung Foundry предлагает всесторонний набор инструментов для проектирования SoC, IP-блоки для разных интерфейсов (контроллеры и PHY), и передовых решений для упаковки. Возможно, у Samsung уйдут месяцы на создания финишного набора инструментов (process design kit, PDK) для разработки чипов по нормам производства 7LPP, но даже имеющихся достаточно для начала конструирования микросхем.

Производство микросхем

На теперешний момент 7LPP поддерживается бессчетными партнёрами Samsung Advanced Foundry Ecosystem (SAFE), включая Ansys, Arm, Cadence, Mentor, SEMCO, Synopsys и VeriSilicon. Среди остального, Samsung и упомянутые компании предлагают уже готовые интерфейсы HBM2/2E, GDDR6, DDR5, USB 3.1, PCIe 5.0 и 112G SerDes. Таким образом, создатели SoC с поддержкой шины PCIe Gen 5 и памяти DDR5, выпуск которых намечен на 2021 год и позднее, могут приступать к разработке своих чипов прямо сейчас.

Что касается конструктивного выполнения, то сделанные с использованием технологии 7LPP микросхемы могут использовать способ упаковки типа 2.5D (к примеру, для соединения SoC/ASIC с памятью HBM2/2E), также некоторые другие методики Samsung.

Расширение EUV-мощностей

Как отмечалось выше, Samsung установила EUV-сканеры в производственный комплекс Fab S3, который широко применяет также и DUV-сканеры. Так как в случае с техпроцессом 7LPP EUV используется только для отдельных слоёв микросхем, относительно ограниченное количество сканеров Twinscan NXE: 3400B навряд ли является проблемой. Все же, по мере расширения внедрения EUV для большего количества слоёв, Samsung может потребоваться и повышение количества EUV-сканеров.

Строительство новой фабрики Samsung Foundry в Хвасоне

Согласно заявлениям Samsung, существенное расширение использования EUV-литографии произойдёт после того, как компания построит еще одну производственную линию в Хвасоне. Данная фабрика была с самого начала спроектирована под EUV-сканеры, которые отличаются от DUV-сканеров своими габаритами и рядом других характеристик. Предполагается, что производственный комплекс обойдется в 6 триллионов корейских вон ($4,615 млрд), его постройка будет завершена в 2019 году, а общее производство микросхем стартует в 2020 году.

Путь в 33 года

Старт коммерческого производства чипов с использованием экстремальной ультрафиолетовой литографии с длиной волны 13,5 нм является кульминацией работы всей полупроводниковой индустрии, которая началась в далёком 1985 году. Как ожидается, EUV сократит использование неоднократного экспонирования при производстве сложных частей микросхем, что упростит процесс проектирования, увеличит выход пригодных и сократит производственный цикл (ну либо хотя бы не даст ему стать длиннее, чем он есть сегодня). Между тем чрезвычайная сложность технологии EUV значительно затянула процесс разработки, ведь новый тип фотолитографии потребовал создания новых сканеров с новым источником светового излучения, новых химикатов, разработку инфраструктуры для создания фотомасок, также целый ряд других компонентов, чья разработка заняла десятилетия.

Вехи развития литографического оборудования

Как видно, полупроводниковая промышленность совладала с задачей создания фотолитографического оборудования с спектром EUV за 33 года. Компания Samsung Foundry стала первой, кто начал использовать EUV для производства коммерческих микросхем.