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Finfet卷展举出比预期慢

设计FinFET的芯片比28nm平面芯片更高三倍,近三倍,才能获得工作硅的两倍多。

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铸造业务正在加热,因为一些新的和大型球员进入16nm / 14nmFinfet.市场。但是,在一些技术和成本问题中,铸造师客户花费时间比预期迁移到FinFET。

在铸造架前面,英特尔一直是finfet领域的唯一参与者。但是现在,三星台长正在进入大型竞争的16nm / 14nm Finfet Foundry Business。和GlobalFoundries将在今年晚些时候加入战斗。

然而,据Gartner称,一般而言,该铸造厂最初预计将在2014年第三季度进入16nm / 14nm FinFET的批量生产。“与我们今天知道的时间表相比,似乎所有供应商都经历了16nm / 14nm Finfets的两到四分之一的延误,”Gartner分析师Samuel Wang说。

事实证明,FinFET比以前预期的掌握更难掌握。有一段时间,铸造厂一直在摔跤,新的多图案化流量和唠叨的FinFET产生的产量问题。来自铸造厂的各种和不同的后端互连方案在市场上创造了一些混乱。

例如,英特尔在去年年底开始生产14纳米finFET,比预期晚了6个月左右。英特尔将延迟归咎于产量问题。因此,英特尔的大代工客户,阿尔特拉,已经推迟了其14nm基地的生产日期FPGA.S从2014年到2015年底。

最近,英特尔和其他代工厂已经解决了一些,如果不是全部,那么FinFet就有一些制造问题。但延误已经推出了Finfet竞技场的其他铸造顾客的生产计划。仍然是其他人,即苹果和Hisilicon,希望在2015年加速基于Finfet的筹码,但这些是规则的例外。“16nm / 14nm应该是2016年的大批量节点,”王说。

不过,这不仅仅是导致延误的铸造。芯片制造商必须改变其设计方法,以考虑16nm / 14nm的双重图案化。在20nm处,从设计团队隐藏了不同面膜层的大部分着色。这在16nm / 14nm时不再是真实的,它已迫使他们在流动中进行更改,直到这些新节点是一系列熟练的发条。

“过去,你可以离开刚果民主共和国,直到你用完底层的衬垫,”地点和路线营销集团总监苏达卡·吉拉(Sudhakar Jilla)说导师图形。“这通常需要两个星期。但你不能留两周时间来完成DRC和上色。这是不可能的。”

流程变化增加了更多的延迟。需要解决的角落的数量已经增加,这将影响关闭时间的时间表。Jilla说,现在需要考虑的东西更多了——四个角现在更像是20个角,而不是一个单元格的引脚访问,可能每个单元格有5个引脚。最重要的是,设计团队现在必须应对动态功率密度,这在之前的节点中不是问题。到目前为止,最大的担忧一直是泄漏电流。即使是有经验的设计团队,也不容易掌握这些主题。

还有其他因素在起作用。一些客户坚持与finFETs的代工合作伙伴合作,而另一些则转变阵营。一些人正在尝试16nm/14nm的finfet,但他们正在等待10nm的finfet。在尘埃落定之前,可能需要一个记分卡来跟踪这些变化。

有钱的代工客户可以负担得起向finfet的迁移,但这将花费更多的钱——高达设计和开发28nm平面器件成本的三倍。许多其他代工客户无法承担这些成本,至少目前只能选择28nm以上的节点。这也不全是坏消息,因为有相当大的集成电路市场不需要finFETs。

此外,在Finfet Mix中,铸造厂客户拥有一些新的和竞争选择。但大多数情况下,如果不是全部,铸造顾客仍然在同一条船上,并询问同一个问题:Finfets有什么挑战?

为什么finfets?
在20nm平面节点上,栅极的控制成为芯片设计中的一个问题。反过来,也就是所谓的撞机短沟道效应

因此,在20nm时,芯片制造商必须将传统的平面过程从16nm / 14nm及以上的FinFET晶体管迁移到FinFET晶体管。“Finfet提供了更低的力量,”铸造厂高级总监Kelvin Low说道三星。“水流流动的通道是3D的。我们必须把它做成3D,这样该区域的电流就会增加。”

但从平面移动到Finfets更容易说。“改变了产品设计和技术发展的复杂性,”总裁兼共同行政长官Mark Liu说台长在最近的一次活动中。“集成电路设计和系统软件的复杂性要求我们的设计平台比以前更早准备。一般来说,比以前早一年。因此,新产品设计需要更多的资源,这意味着更高的设计成本。”

总而言之,转向Finfets设计,制造和成本有三种基本挑战。在设计前面,铸造顾客的大变化是从28米及以上的单图案流动的移动。双重图案化计划在20nm和14nm。

“设计师们已经非常熟悉平面技术架构很多代了,”三星的Low说。“对于设计师来说,这是一个学习的过程(使用双重模式)。在双重图案中,我们有两个面罩。你有颜色A和颜色b,设计师现在需要了解如何处理这两种颜色,这是他们过去从未经历过的。”

IC设计师也会遇到其他问题。“尽管finfet得到了最多的宣传,双图案使得设计流程有点复杂,”Richard Trihy说,他是设计方法论总监GlobalFoundries。“这会影响整个设计流程,例如寄生提取和变化。它会影响地点和路由的实现工具。当然,它会影响DRC,这成为一个更复杂的一步。“

作为响应,铸造厂和EDA社区正在提供新的EDA工具和流动,以帮助迁移到FinFet。Trihy说,该工具将迁移为设计师尽可能透明。

芯片制造商在制造领域也面临挑战。困难的部分是使鳍与一致的高度在蚀刻过程中。不精确的鱼鳍图案可能会导致变化。此外,finfet有一种难以测量的三维结构。找到致命缺陷也是个问题。

但也许最大的问题是成本。Gartner的说法,28nm设备的平均IC设计成本约为3000万美元。相比之下,中档14nm SoC的IC设计成本约为8000万美元。“如果包括嵌入式软件开发和掩码成本,则添加额外的60%(至此成本),”Gartner的Wang表示。“高端SoC可以是这一数量的加倍,并且具有重新使用IP的低端SoC可以是金额的一半。”

最重要的是,一个28nm芯片的设计需要100个工程师年的时间。因此,一个由50名工程师组成的团队将需要两年时间来完成芯片的设计。然后,在生产开始之前,再增加9到12个月用于原型制造、测试和确认。前提是第一块硅能起作用。”“对于一个14纳米的中端SoC,它需要200人-年的时间。一个由50名工程师组成的团队需要4年的芯片设计时间,再加上9到12个月的生产时间。”

如果这还不够,也可以在制造成本中跳跃。在典型的11金属水平过程中,28nm处有52个掩模步骤。根据Gartner的说法,在28nm处以80%的Fab利用率,负载制造成本为每300mm晶圆约为3,500美元。

如果每个光刻层需要1.3天,那么28nm芯片的周期大约是68天。“至少增加一周的包装测试,”王说。因此,从晶圆投产到芯片交付总共需要两个半月的时间。”

16nm / 14nm,有66个掩模步骤。根据Gartner的说法,在16nm / 14nm处具有80%的Fab利用率,负载成本为每300mm晶圆约为4,800美元。“从晶圆开始筹码交付需要三个月,”他补充道。

谁是第一个?
在14nm时,由于双重图案,晶片成本也上升。对于一个,英特尔攻击了两个前面的问题。首先,它过度缩放晶体管密度。其次,它将互连间距缩放为0.65倍,从80nm处在14nm节点处从80nm缩放到52nm。

相比之下,其他代工厂将16nm/14nm的finFET晶体管与20nm平面后端相结合。英特尔高级研究员兼高级光刻技术主管Yan Borodovsky说:“如果你看看其他公司在做什么,就会发现他们没有选择规模化生产,这只会降低成本。”

在22nm时,英特尔的Finfet技术有60nm的翅片间距,鳍高度为34nm。在14nm处,翅片间距和高度均为42nm。英特尔也转到稀释剂和更高的翅片,这是矩形的。“这改善了鳍的静电,”英特尔流程架构和集成总监Mark Bohr说。

曾经一次,英特尔在Finfets中有两个到三年的领先优势。但该公司在14nm的延误正在为其铸造竞争对手的时间来缩小差距。

然而,去年,TSMC披露2015年Finfets的股票损失。TSMC决定在2015年在2016年重点关注20nm,并在2016年举行FinFET。相比之下,三星基本上跳过2015年的20nm,从而在2015年专注于Finfets,从而占据了鞋面市场。

事实上,三星在今年2月推出了一款基于该工艺的芯片,从而进入了finFET市场。该芯片被称为Exynos 7420,是一个64位的8核SoC。据TechInsights称,它基于11金属级工艺,包括高k/金属栅极技术。据该公司介绍,栅极长度约为30nm,接触栅极间距为77nm。

作为芯片介绍的一部分,三星也进入了16nm / 14nm Finfet铸造厂市场。“我们宣布14nm正在大规模生产中,”三星的低位说。“我们现在看到了一个改变。显而易见的是Finfets客户现在是一个真正的选择。“

三星还在提高代工客户的产能。事实上,根据Pacific Crest Securities的数据,在下一代iPhone中,苹果选择了三星而不是台积电,以获得其基于14nm finfet的大部分芯片。

据Pacific Crest Securities的数据,目前三星每月约有11000个14nm晶圆厂投产,约占其300mm晶圆厂总产能的10%。随着时间的推移,三星预计将转换其部分28nm产能,使其14nm产能达到46,000 wspm。

另一个代工厂供应商,Globalfoundries,在前一次授权三星的14nm finfet过程。据太平洋徽章证券表示,在其纽约厂房,GlobalFoudries能够增加约30,000 Wspm的14nm Finfet容量。今年晚些时候,GlobalFoundries将进入Finfet生产。

在今年年半年中,台积电将开始为其16nm Finfet进程开始生产。据J.K,该公司计划在16NM FinFET技术中计划拥有100,000 WSPM的装机容量为10万WSPM。王市副总裁300mm FAB运营在台积电。

台积电是定位本身希望在FinFET中恢复份额。事实上,在FinFET铸造厂业务中宣布胜利者来说太早了。在许多方面,比赛刚刚开始。

-埃德·斯珀林对本文有贡献。



1评论

AK. 说:

嗯,再加上这两次失败的尝试(14XM应该是第一次,16FF应该是第一次),你的前景并不像人们想象的那么美好。

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