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节点内的节点

减少过程保证金可以提供整个节点的缩放福利的价值。

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制造过程中存在足够的边缘,以雕刻相当于缩放的完整节点,但缩小的裕度将需要在整个半导体制造供应链中进行集体推动。

边缘在各个阶段建造制造,以确保芯片具有充分的制造和产量。它可以包括从变化的变化如何在晶片上打印到晶片上的边缘放置以进行面罩,以及材料中的污染物。通常,这在设计规则甲板中显示了芯片制造商用作设计芯片的指南。但由于制造设备由于更好而变得更加精确传感器分析并且随着新技术在广泛的工艺步骤中引入,包括检查,计量,沉积,蚀刻和光刻,并非所有边缘都是必不可少的。变化可以控制比过去更紧张,这应该提高可预测性和产量,并缓解一些对设计的限制。

从高级,这会为设备缩放添加另一个旋钮。由于摩尔定律在每个新节点在16/14M后侵蚀的好处,需要不同的方法来实现电力,性能和面积/成本改进。(即使是PPA也被拉伸,包括在会议时最近演示的成本和/或区域。)

“经济学摩尔定律当你曾经得到0.7倍的改进时,不像过去那样引人注目,发展成本正在增加,“AJIT Paranjpe,CTOVeeco.。“摩尔定的法律将继续,但只是沿着摩尔定律,不会给你成本效益。你必须做更多。要移动到下一个节点,所以需要提高流程余量。事实上,没有改进过程边际,你甚至无法移动到下一个节点。“

密度的提高在大大地处理了一个节点,尽管不一定是直线。在过去几年中,设计世界通过建筑变革增加了显着的力量和性能利益。而不是一个处理器,复杂的芯片通常现在包括多种不同的处理器类型,这对于AI /机器学习芯片中的电力和性能至关重要。而不是保持一切在单一的模具上,更多地通过高速接口和高级包装卸载,并增加了添加PPAC.改进不同。

减少过程边缘是另一个转向的大旋钮,但是这一个是从设备侧而不是芯片架构师或工厂驱动。

“很多这将是进化节点,”计算产品副总裁大卫炒面说林研究所。“这些是新的新节点,但它们是缩放节点。每个人都在追求gate,他们将继续朝着那个方向继续。但是在现在之间,这使得这使得在“激进的”变化减少后在中间添加节点的机会。当你全面占所有变异时,人们看着它,“是的,”是的,我们知道这很糟糕,但我们不知道这是糟糕的。“这里有一个整个节点。但是你必须完全攻击它。它不仅仅是蚀刻家伙或任何其他单一组的责任。它是一种整体流动,消除了子线的子行的变化。“

在Semicon的演示文稿中,炒面指出,单独观看时,许多可能的减少看起来很小,但总共增加了潜在的重大变化。

这包括许多不同的处理步骤,例如光刻,蚀刻,沉积,清洁,CMP,掺杂和材料变化。“除了所有这些外,一切都必须自我对齐,”炒。“并且过程控制需要很早就成为解决方案的一部分。”

节省的地方
尽管如此,集体收益可能很大。收紧过程可以在下一个节点的开发芯片的成本飙升时为半导体行业提供急需的救济。根据Gartner的说法,新的5nm芯片的估计成本均为2.1亿美元至6.8亿美元,这取决于设计的复杂性。最重要的是,开发新流程的估计值为10亿美元,装备先进节点FAB的成本超过100亿美元。

这已经显示在一些最先进的节点中,其中PPAC中的益处主要基于过程控制的改进而不是特征尺寸的缩小。

“减少流程变化越多,您就可以推动现有的缩放流程上的现有设计规则,而无需积极缩放栅极稀疏和金属间距,”新技术和研发过程控制解决方案总监CHET LENOX表示克拉。“您已经看到TSMC如何缩放其7nm进程节点的示例。如果你看他们的鳍和金属球场,他们并没有积极缩放。门间距从66到57,44到40的金属。但是你所示的是对每个鳍晶体管性能的显着增强。所以他们的鳍更窄,他们的门长度要短得多。通过这样做,他们减少了所需的鳍数SRAM.电池由于变化提高和整体晶体管性能改善。这让他们非常积极地缩放SRAM。它与逻辑小区高度相同。他们能够从8.25轨到6轨道。翅片间距仅略微减少,但它们能够通过鳍缺点显着降低总轨道高度。“

这可以使过程有益,并且允许增加密度。

“变异主要与设计规则偏移说话,”莱诺克斯说。“例如,如果你有一个门,那么覆盖和CD变化会影响栅极切割的边缘放置误差。如果所有变化都非常大,那么您的设计规则必须考虑到这一点。您需要更大的偏移,并产生更多区域。如果您能够减少栅极切割边缘放置的变化,那么您可以具有更严格的设计规则并在区域缩放中获得增量改进。如果您可以通过6到10个关键功能在逻辑和SRAM单元格中进行,您可以获得重大的区域改进。“

这已经发生在记忆世界中。

“使用流程余量进行推进能力的一个很好的例子是3d nand.,“Veeco的Paranjpe说。“这种技术用缩放筹码了。首先,维度控制是有问题的。其次,细胞无法正常工作,因为它们彼此太近。所以他们从2D架构到达3D架构,它发生得很快。但添加图层不是缩放。你可以更准确地蚀刻困境。这一切都是为了利用添加更多层的过程。没有物理缩放。这完全是关于过程窗口缩放。 They have really figured out how to refine the process steps. In some cases they have had to move to slightly new processes to get the new process window they need, fromCVD.al, 例如。”

德拉姆同样,用于遵循传统的逻辑节点,直到制造进入1x节点。“他们没有从28米到14到7到5到5到5,”他说。“他们已经走了19到18到17到15到15到15到14,即1x,1y,1z,1a,1b节点。它们是增量缩小,所有增量缩小都是关于在光刻上推动过程窗口,以及所有流程步骤。这是另一个伟大的例子,超过四或五代的福利来自摩尔法缩放。它来自流程缩放。“

使用越来越多的数据
设备侧的一个大变化是随处包含更多的传感器,这提供了在制造过程中任何给定时间发生的内容的视图。此外,这些传感器比过去的速度快,并且显着更小。

“我们搬到了纳米传感器,这比纳米传感器更快,”总裁兼首席执行官Subodh Kulkarni说讯连丝器。“这些都进入资本设备并用于先进的包装。抽样今天在晶圆厂和奥特拉水平。这将是什么,允许包裹的功能检查,让您了解在100%检查之前有多少震动。“

在这一点检查侧面,这些传感器正在寻找的是在晶片表面反射的光中的意外扭曲。“如果将投影机放在顶部和相机上,可以看看硅表面。如果您使用两个具有两个通道的相机,则获得一个完整的镜面几何形状,并且您同时扩散它。您可以使用它来检测各种新结构,例如颠簸和支柱。但柱子仍然瘦,而且很高,这是创造了一个新的挑战,因为相机处于固定角度。你可以移动它们,但每次这样做,你都必须做出新的校准。“

因此,随着芯片变得更复杂并且结构变得更加独特,他们可能会变得更加难以检查。这就是节点或Nodelet的额外Rev可以有助于显着帮助,因为它需要时间开发一支新的制造技术,并将过程与下一个完整节点的所有新的结构和设备熨烫。无论如何,对于Nodelets和下一个完整节点,都需要更多的对来自所有这些传感器的数据的分析,并且已经进行。

“关键是要连接更多信息来源,”Ram Peltinov说,图案控制分区头应用材料。“如果您发现类似的结构,并且您看到一遍又一遍地出现的某个问题,您可以减少所需的数据量。但关键构建块是可靠的数据源。否则,即使您有多个源,潜在的是,每个源都会有多个错误。这是减少可变性的方法。有多种方法可以做到所有事情,但每个过程步骤都有不同的公差。我们需要能够以相同的成本创建更多的优质信息。“

整个行业开始看到这一值。

“我们看到整体转移到深度学习,深度神经网络和AI建造过程中的智能制造业,”鲁道夫技术企业营销高级总监Timothy Kryman表示。“这基本上是屈服的管理,以及你想要做的是弄清楚如何收紧余量以提高产量。对于产量,这是众所周知的。但我们还扩大了这一点,以提高可靠性。所以你可能会产生一个好的模具,但如果这个过程足够紧,那么六个月的路上你可能会遇到潜在的缺陷。如果您有异质包裹,这尤其具有挑战性。首先,您需要跟踪有问题的缺陷或使用的包装过程,然后确定缺陷的责任。包装房屋可能对缺陷的包装本身不承担责任,而是它进入的设备的价值。“

反过来,需要与制造的特定方面的专业知识相结合。

“数据非常有价值,但与域名知识的德里克·戈斯奇亚说,这是有价值的。“挑战是调节数据并知道如何过滤它,按摩它,并将其转换为对给定应用程序有用的东西。这就是域名知识。“

正确使用,这可以在半导体制造世界上产生重大变化。“在工厂运营和维持设备的方式将被扰乱,”Gottscho说。“客户显然将更加强调公司的数据产品,他们的数据策略是什么,以及如何与自己的策略对齐。这对该行业来说是一个很大的挑战。“

材料
过程改进不是仅限于设备方面的限制。他们也涉及材料用来创建芯片。结果,存在广泛的努力来修改半导体制造工艺中使用的一些材料,并改善所有这些材料。

但这增加了自己的复杂程度。半导体业务执行董事Srikanth kommu啤酒科学据说,在生产的过去材料中牺牲,意味着它们在晶片加工中被烧掉或化学除去。这开始改变。

“我们现在正在与一些客户一起留下某些材料后面,”Kommu说。“这是选择性修改。线条特征如此之小,可以优化化合物的化学。因此,在某些情况下,您不会存入任何内容。在其他人中,你隔离材料并流动它们,然后用温度和化学来确定留下的东西。您将留下具有非常特异性的物理性质的聚合物材料而不是艰苦的深蚀刻。“

这对可扩展性具有直接影响,因为许多高级节点效益来自过程而不是特征缩小。“这已经在发生,”肯德说。“现在是节点+或节点++。这将是差异化因素。在过去,它都是关于性能的。那不再是真的。“

这在汽车等市场尤其如此,其中为AI控制系统开发了7nm设计。键有可靠性。德国汽车制造商和1秒要求缺乏缺陷的芯片,可以执行18年的规格。这已经从纯度从纯度从5亿左右提高了每亿到5份的标准,这可能毫无意义,因为今天没有办法衡量。然而,重点是可靠性非常明确,并且它正在蔓延到各种市场,例如智能手机。过去,这些筹码只预计将持续两年。这已经增加到了四年。

“杂质可以影响可靠性,”德国默克集团兼默克集团绩效材料执行副总裁和全球绩效材料负责人表示。“这使得管理上游供应商是至关重要的,但这是一个问题,因为启动公司并不了解可靠性意味着什么。因此,如果您认为CMP,浆液中有粒子。那些小颗粒必须持续倾斜并始终圆形,以便您具有一致的去除率。凭借越来越多的堆叠和多个图案,您可以获得更多CMP,然后您必须获得这种垃圾。因此,我们看到新的粒子进入市场,更好地表征了客户的材料。基本上我们正在做的是改善材料创新周期。有更丰富的信息集和更好地预筛选用于电气特性。“

知识产权/商业考虑
这是否转变为多个Nodelets或帮助平滑到下一个主要节点的过渡,这对制造方面的关注较少。但它直接影响IP将提供的IP。

“我们努力奋斗,”营销副总裁Mike Gianfagna说埃斯利昂。“我们马上达到5nm,或者我们在7nm上优化,或者我们在较旧的节点上进入不同的方向并开发额外的IP。您指出资源并不总是明确。明显的答案是5nm是下一个大事,但也有11nm和12nm。如果您在那里投资IP,那么这与其他市场有何比较。与此同时,如果我们等待5nm,我们会想念那个窗口。5nm以某种方式更加复杂,但奇怪的是设计规则手册在5nm比7nm处更薄,因为有较少多白码EUV.。“

结论
能够更快地降低流程变化并利用更多数据将朝着提高迁移到下一个节点,Nodelets或扩展现有前沿节点的价值命题。其中大部分是铸造厂和最大客户的经营决定,以及必须在节点之间选择的IP供应商,因为它们无法为一切开发IP。

制造过程中存在足够的边缘的认识只是第一步。供应链中有更多的调整,从材料到传感器和新设备,使芯片更快,更低的电源,更可靠。

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