На конференции International Electron Devices Meeting (IEDM 2017), которая прошла в начале декабря, компания GlobalFoundries пролила чуть больше света на техпроцесс производства полупроводников с нормами 7 нм. Некоторые данные о техпроцессе 7LP (Leading-Performance) компания сообщала ранее. Теперь у нас появилась возможность дополнить данные и узнать кое-что новое, например, что в рамках 7-нм техпроцесса 7LP будет предложено два варианта выпуска полупроводников: для мобильного применения и для высокопроизводительных вычислений. По каким-то причинам GlobalFoundries не разделяет эти техпроцессы, хотя они значительно отличаются друг от друга.
300-мм подложки, обработанные в производственном комплексе Fab 1 компании GlobalFoundries
Техпроцесс для 7-нм чипов мобильного назначения предполагает высокоплотное размещение транзисторов, каждый из которых будет состоять из двух рёбер FinFET (каждое ребро — это транзисторный канал, окружённый затвором). Это позволит уменьшить площадь кристалла на 30 % и даже больше по сравнению с 14-нм FinFET техпроцессом. Кроме этого производительность (частоту транзисторов) можно будет увеличить до 40 % или уменьшить потребление до 55 %.
Две версии 7-нм техпроцесса GlobalFoundries
Техпроцесс для производительных 7-нм решений, например, для процессоров компании AMD, подразумевает создание транзисторов с четырьмя рёбрами FinFET. Это очевидным образом увеличит площадь кристаллов и рабочие токи, зато позволит добавить ещё порядка 10 % производительности. Данная разновидность 7-нм техпроцесса также будет эксплуатировать более широкие проводники и увеличенные в диаметре отверстия сквозной металлизации. Кстати, компания AMD, как и Intel, для проводников и каналов с металлизацией планирует использовать кобальт. Это снизит явление электромиграции и уменьшит сопротивление межслойных соединений. В компании AMD не уточняют, как много слоёв металлизации будут использовать кобальт. Компания Intel переведёт на этот металл только два нижних металлических слоя.
«Анатомия» FinFET транзистора
В компании не уточняют геометрические размеры рёбер и их форму (профиль) применительно к техпроцессу 7LP. Можно подозревать, что эти параметры несильно отличаются от геометрических размеров рёбер для 10-нм техпроцесса Intel или даже проигрывают им. Например, «межрёберное» расстояние для 10-нм техпроцесса Intel составляет 34 нм (fin pitch), а для 7-нм техпроцесса AMD, о чём она сообщила на IEDM 2017, 30 нм. Из других данных, о которых Intel прямо не говорит, AMD сообщила о расстоянии между затворами (gate pitch) — 56 нм и о минимальном расстоянии между металлическими проводниками (metal pitch) — 40 нм. Следует ожидать, что на данном этапе у Intel с этим чуть хуже.
Геометрические размеры рёбер транзисторов FinFET в 10-нм техпроцессе Intel
Что касается использования EUV-сканеров, то GlobalFoundries будет вводить новое оборудование для выпуска 7-нм решений поэтапно. На первом этапе сканеры EUV будут задействованы для изготовления металлических слоёв вне кристалла (нижележащая контактная группа или BEOL) и для изготовления сквозных отверстий для металлизации для межслойных соединений в контактной группе. Это сократит процесс не менее чем на 10 производственных шагов на этапе литографической обработки кремниевой пластины. На втором этапе EUV-сканеры будут использоваться для изготовления некоторых критических слоёв уже при обработке кристалла. Оба этапа раннего внедрения EUV-сканеров в сумме обещают уменьшить стоимость работ на 20 % или чуть больше. В заключение напомним, что рисковое производство с нормами 7 нм компания GlobalFoundries начнёт во второй половине 2018 года с запуском массового производства в 2019 году.
