IBM обрисовала будущее микроэлектроники без технологии FinFET

IBM обрисовала свое видение будущего производства на недавнем технологическом форуме Common Platform — альянсе производителей микросхем IBM, Globalfoundries и Samsung. Особое внимание ученый из IBM уделил тонкостям экспонирования с двойным шаблоном в иммерсионной литографии.

Кроме того, Голубой гигант продемонстрировал достижения в технологии полностью обедненного кремния-на-изоляторе (FDSOI) и планы на кремниевую фотонику, нанопроводники и другие новые ухищрения, вписанные в перспективные планы полупроводникового производства. Далее представлено несколько цитат из докладов. Начнем с литографии.

Литография жесткого ультрафиолета (EUV)

«Начиная с техпроцесса 45 нм, мы стабильно шли вниз, но литография жесткого ультрафиолета поможет нам вернуться», – сказал в отношении рэлеевского фактора Гарри Паттон (Gary Patton), главный технолог полупроводниковый исследовательской группы IBM, комментируя слайд, представленный ниже.

На рисунке: Задачи масштабирования в литографии. Слева: минимальный размер элемента, нм. По горизонтали: норма техпроцесса, нм. Справа: коэффициент Рэлея k1. Источник: EE Times

«Литография жесткого ультрафиолета (EUV) является «наибольшей модификацией в истории литографии», потому как с жестким ультрафиолетом чрезвычайно трудно работать — он поглощается любым материалом, включая отражающие линзы и маски, — добавил он. — Тем не менее, z верю, что миниатюризация КМОП продолжиться, но потребует революционных технологий, таких как углеродные нанотрубки и кремниевая фотоника».

Двухкратнрое экспонирование движется вперед

Начиная с нормы 20 нм, производители микросхем должны перейти на «очень сложный» процесс иммерсионной литографии с двойным шаблоном, сказал Паттон. Но IBM работала над тем, как обойти большую часть проблем в стандартном процессе разработки или для более продвинутых пользователей – в индивидуально составленном процессе, основанном на относительно простом алгоритме, добавил он.

На рисунке: Литография с двойным шаблоном: шаг проводников 64 нм при использовании 193 нм литографии.

Слева: размер элемента = 1/3 длины волны излучения. Литография с двойным шаблоном обходит ограничение разрешающей способности путем совмещения результатов двух экспозиций. Требует двухцветных макетов.

По центру: Последовательность процесса LELE (Lithography-Etch-Lithography-Etch – Литография-Травление-Литография-Травление).

Справа: двухцветная структура.

На рисунке: наше видение «Разработки процесса с двойным шаблоном»

Слева: Индивидуальный дизайн.

* Интерактивный контроль дополнительного цикла

* Нанесение устойчивого/неустойчивого цвета

* Расширения для OA

По центру: проектирование на физическом уровне (PDK)

* Совместная оптимизация дизайна и технологии

* Автоматическая декомпозиция

* Привязка анкеров (anchoring) и сидов (seeding)

* Решение о дополнительном цикле

* Функции комментирования

Справа: Стандартный дизайн

* Библиотека совместимости с методом двойного шаблона

* Улучшенные инструменты/методы размещения

* Трассировка, совместимая с методом двойного шаблона

* Улучшенная экстракция и контроль временных задержек

Видим ясно с двухкратным экспонированием

Паттон из IBM представил несколько методов, как облегчить путь к литографии с двойным шаблоном, а также избежать или минимизировать необходимость в трехкратном или четырехкратном экспонировании во время перехода на техпроцесс 10 нм и менее.

На рисунке: продолжается внедрение решений по миниатюризации: SIT

SIT (нанесение маски на боковые стенки) преодолевает проблему несовмещения внутри слоя

Литография первичного шаблона «Mandrel» (сердцевины)

Травление «Mandrel»

Осаждение (распорок)

Травление спейсеров

Литография второго шаблона «Block»

Финальный критический слой

На рисунке: продолжается внедрение решений по миниатюризации: DSA

DSA – направленная самосборка блочного сополимера обеспечивает повышение порядка рабочих частот. От научной новации до литографии практических схем.

После FinFET-транзисторов – нанопроводники и фотоника

Следующим большим этапом после FinFET будут углеродные нанотрубки, сказал Паттон. Они обещают десятикратный подъем производительности, но все еще содержат слишком много примесей металлов для коммерческого применения, и это задача стоит перед исследователями IBM.

На рисунке: * Производительность: 25 Гб/с на канал

* Масштабируемость: 1 Тб/с с пластины 5х5 кв. мм

плотность интеграции (10-100Х) и мультиплексирование по длине волны (WDM) (4-8 каналов)

* Эффективность затрат: десятикратное снижение затрат

* Технологичность: проверенно в коммерческом производстве

«Следующий шаг – это фотоника, модуляторы, управляющие несколькими нанооптическими волноводами на нескольких частотах – очень непросто интегрировать их в КМОП», – сказал он, указывая на результаты работы IBM на предыдущем слайде.

«И завершает всё 3-D компоновка и фотоника», – сказал он, показывая проект «Святого Грааля» (на слайде ниже), который может достичь полосы пропускания в терабайты за секунду.

Видение: Логика-память-фотоника высокой интеграции

3-D интеграция позволяет реструктурировать вычислительный модуль, повысить плотность памяти и значительно увеличить полосу пропускания памяти.

Слой фотоники не только соединяет разные ядра, но и маршрутизирует трафик.

Пластина логики: около 300 ядер

Пластина памяти: около 30 ГБ eDRAM

Пластина фотоники: Оптическая сеть на кристалле

> 1 Тб/с оптический вход

> 1 Тб/с оптический выход

Движущие силы развития – мобильные системы и облачные сервисы

Samsung представил в цифрах хорошо известную тенденцию: мобильные системы и облачные сервисы движут рынок в наши дни.

На рисунке:

Слева: Большой рост: планшеты (зел.) и смартфоны (син.) в млрд. штук в 2012, 2014, 2016 гг..

Справа: Трафик данных мобильных устройств: * эксабайт в месяц; * Совокупный среднегодовой темп роста трафика данных мобильных устройств составит 70% (в 2012, 2014, 2016 гг.).

Трио заявляет о доминировании в технологии HKMG

Вопреки дискуссии о противоречиях в процессах gate-first/gate-last (затвор первым/затвор последним) несколько лет назад, IBM, Globalfoundries и Samsung теперь заявляют про львиную долю рынка техпроцесса 32/28 нм с использованием изолятора с высокой диэлектрической проницаемостью и металлического затвора (HKMG)

(HKMG-технология впервые в промышленном масшате внедрена Intel несколько лет назад при переходе на 45-нм технологию – прим. ред.).

На рисунке: по центру синим показана доля альянса CommonPlatform в IV квартале 2012 г. на мировом рынке техпроцесса 32/28 нм с использованием изолятора с высокой диэлектрической проницаемостью и металлического затвора.

Источник: EE Times