Технологический процесс (электронная литографическая промышленность, техпроцесс ,мкм, nm /нм; tecnology node, process tecnology — eng . ) – свод норм для изготовления полупроводниковых (п /п ) микросхем. В частности, самой важной характеристикой является размер полупроводниковых элементов, которые состоят из , ключей, и других элементов.
Измеряются эти элементы в микронах (мкм , микрометр) и нанометрах (нм , nm ). Чем меньше базовые элементы, тем лучше их характеристики.
Преимущества более «тонкого» техпроцесса:
· Меньшее тепловыделение . Получается это за счёт уменьшения размеров дорожек, разводки, затворов и требуемых токов для нормального функционирования. Также из-за меньших токов утечки.
· Большее количество транзисторов , которые можно «упаковать» в одном и том же пространстве более компактно, и создавать чипы меньше. При этом более технологичные, с большим количеством элементов.
· Меньшее потребление энергии. Чем меньше элементы, тем меньшие токи нужны для управления ими.
· Меньшая стоимость производства. Чем меньше чипы по размеру, тем больше чипов можно разместить на полупроводниковых пластинах. Это увеличивает количество готовых продуктов при тех же затратах.
Этапы производства микрочипов:
1. Сначала выращивают кристаллический кремний и формируют его форму для распиливания на круглые пластины.
3. Далее следует эпитаксиальное нанесение равномерного слоя подобного подложке вещества на атомном уровне, которое служит как фундамент и выравнивающий, общий уровень . Так же применяется маскирующий слой , который защищает нанесённый слой атомов кремния от воздействий на следующих этапах.
4. Следующий шаг – фотолитография . Под действием специального излучения с разной длинной волн , на поверхности пластины, появляются химические маркеры, которые войдут в реакцию с последующими активными веществами.
5. Химическим методом и методом диффузии , под действием активных веществ (фосфор , бор ), образуются p — и n — области, микро-переходы и желобки , которые станут будущими элементами.
6. Следует фотолитографическая обработка в слое оксида определённых участков, которая даст маркеры (легированные участки) для нанесения металлических элементов (разводка, контакты), методом вакуумного металлизирования. Излишки металла удаляются, а тот который нанесён правильно, термически закрепляют (впаивают). Таким образом, образуются готовые элементы микрочипа.
7. Нанесение, нужного количества уровней диэлектрика и металла с последующей фотолитографией и обработкой (слоёв может быть сколько угодно, всё зависит от допустимой высоты). Над самым верхним слоем, наносятся несколько слоёв металла и диэлектрика для защиты и правильного рассеивания тепла.
8. Пассивация пластины, тесты, нарезка на микрочипы, монтаж на корпус процессора и соединение выводов, отбраковка.
Место производства, чистые комнаты.
Для производства микросхем, применяются специальные «чистые комнаты » с фильтрами и статическими механизмами для удержания мелких частиц пыли, волос, пуха & etc . Так как даже пылинка, попавшая на микрочип в процессе производства, может нарушить его работу , не говоря уже о волосах и пухе.
Перед входом, рабочие надевают специальные костюмы , очки и шапки, а также проходят специальные процедуры очистки .
К тому же все сотрудники дышат через специальные фильтры, чтобы полностью исключить источники инородных объектов.
Самые крупные мощности литографических производств имеются у крупнейших компаний подрядчиков: и . Крупную долю на мировом рынке производства микрочипов имеет Intel , но компания занимается производством чипов только для своих нужд. Возможно в будущем данный подход изменится. Дружественным компаниям, Intel всё же оказывает контрактные услуги, но в основном только акционерам.
Компания Intel , первой планирует запустить производство микрочипов с применением трёхмерных транзисторов (3G, FinFET ).
С переходом на всё более тонкий техпроцесс, производителям приходится вкладывать всё больше средств на разработку методов реализации нового техпроцесса. Также уходит больше времени на строительство новых фабрик для производства.
Поэтому, многие производители объединяются в группы и совместно вкладывают средства в разработку техпроцессов и строительство новых фабрик.
В сокращении издержек, также помог бы переход на более крупные пластины 450 мм , но это потребует строительства большинства фабрик с нуля и производства совершенно нового оборудования, что затратно. Переход планируется в 2012-13 году.
На этой неделе прошло собрание представителей компаний, которые используют для проектирования конструкторские пакеты компании Synopsys. Доклады были посвящены проблемам дальнейшей судьбы полупроводниковой отрасли. Точнее, рассматривались вопросы, связанные с дальнейшим снижением технологических норм. Мы уже слышали, что производители, например, компания TSMC, планирует в этом году начать строить завод для выпуска 3-нм чипов, как и сообщалось о разработке прототипов 2-нм транзисторов. Проблема же заключается в том, что экономический и другие эффекты от снижения технологических норм исчезают быстрее, чем снижается размер элемента на кристалле. И всё хорошее может прекратиться уже на стадии выпуска 5-нм чипов, не говоря о выпуске решений с меньшими нормами.
реклама
>Так, представитель компании Qualcomm сообщил, что при переходе с 10-нм производства на 7-нм рост скорости переключения транзисторов может снизиться с предыдущих 16 % прироста до минимального уровня. Экономия по потреблению с 30-% прироста снизится до 10-25 %, а снижение площади чипов уменьшится с 37 % до 20-30 %. При переходе на 5-нм техпроцесс площадь продолжит уменьшаться с хорошим уровнем масштабирования, но что касается получения выгод по производительности и потреблению, то в этом уверенности нет. К тому же, структура в виде FinFET транзисторов полностью перестанет работать после технологических норм 3,5 нм. Поэтому, в частности, Samsung готовится уже через два года использовать в рамках 4-нм техпроцесса затворы в виде горизонтальных полностью окружённых нано-проводников (плоских или круглых).
23.05.2018, Ср, 15:10, Мск , Текст: Владимир Бахур
TSMC приступила к массовому производству новых мобильных процессоров Apple A12 с нормами 7 нм. Новые чипы для смартфонов Apple, которые появятся в конце 2018 года, будут более экономичными по сравнению с процессорами A11 в нынешних iPhone.Рекордные нанометры
>Тайваньская компания Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC), крупнейший в мире контрактный производитель полупроводников и постоянный OEM-партнер Apple, начала массовое производство следующего поколения мобильных процессоров для смартфонов iPhone, анонс которых ожидается во втором полугодии 2018 г. Об этом сообщил деловой портал Bloomberg со ссылкой на собственные индустриальные источники, настоявшие на анонимности.
Особенностью новых мобильных процессоров Apple, которые с высокой вероятностью получат рыночное название A12, является применение при их производстве новейшего технологического процесса с нормами 7 нм.
Переход на новые нормы техпроцесса по традиции обеспечит выпуск более компактных, быстрых (до 20%) и энергоэффективных (до 40%) чипов, нежели нынешнее поколение процессоров Apple A11 (Bionic) для смартфонов iPhone 8 и iPhone X, при производстве которых задействован техпроцесс TFTC FinFET и линии с нормами 10 нм.
Официальные представители Apple и TSMC по традиции отказались комментировать продукты, не представленные официально, сообщил Bloomberg.
Обгоняя соперников на 3 нанометра
>Впервые полной готовности к началу массового производства микросхем с использованием норм 7 нм компания TSMC объявила еще в апреле. Однако при этом компания традиционно отказалась назвать партнера, который смог первым разместить заказ на процессоры с рекордным техпроцессом.
Apple первой получит у TSMC процессоры 7 нм для новых iPhone
Apple безусловно станет одним из первых брендов, который предложит потребителям смартфоны на самом прецизионном техпроцессе, отмечают в Bloomberg, однако вряд ли единственным. Крупнейший соперник Apple на рынке мобильных гаджетов, южнокорейская Samsung Electronics, выступила 22 мая 2018 г. с официальным заявлением о том, что начнет выпуск собственных мобильных процессоров с нормами 7 нм до конца 2018 г.
По мнению специалистов, отмечают в Bloomberg, используемое TSMC при производстве чипов с нормами 7 нм техпроцесса FinFET и многослойной компоновки InFO отличается большей эффективностью, нежели технология Samsung.
В свою очередь, в отличие от «безфабричной» (Fabless) бизнес-модели Apple, Samsung самостоятельно производит чипы для части своих гаджетов (плюс закупки чипов Snapdragon у Qualcomm), что позволяет ей более гибко настраивать и использовать производственные линии. Помимо этого, корейская компания также является крупным OEM-игроком на мировом рынке контрактного производства полупроводников.
Apple всеми силами пытается опередить своего крупнейшего конкурента на рынке мобильных чипов, компанию Qualcomm, которая также работает по fabless-модели, отмечают в Bloomberg.
Еще одним заметным игроком на этом рынке, по данным Bloomberg, является Huawei Technologies, которая самостоятельно разрабатывает дизайн собственного семейства мобильных процессоров Huawei и размещает заказы на их производство у TSMC.
Перспективы на второе полугодие
>По предварительным данным, этой осенью Apple планирует представить не менее трех новых моделей iPhone, в том числе, версию iPhone X с более крупными габаритами и менее дорогую версию iPhone X с более дешевым ЖК-дисплеем.
По данным источников Bloomberg, новые чипы Apple A12 будут использоваться во всех без исключения моделях смартфонов Apple образца 2018 года, в том числе, 6,1-дюймовый iPhone с «бюджетным» ЖК-экраном.
В свою очередь, TSMC на волне спроса на свою продукцию планирует инвестировать до конца 2018 г. более $10 млрд в расширение собственного ведущего производственного комплекса в окрестностях города Синьчжу (Hsinchu), который включает, в том числе, R&D центр по разработке технологий производства новых поколений.
Так как именно техпроцесс влияет на увеличение производительности процессора, за счет конструктивных изменений. Хочу отметить, что техпроцесс, является общим понятием, как для центральных процессоров, так и для графических процессоров , которые используются в видеокартах.
Основным элементом в процессорах являются транзисторы – миллионы и миллиарды транзисторов. Из этого и вытекает принцип работы процессора. Транзистор, может, как пропускать, так и блокировать электрический ток, что дает возможность логическим схемам работать в двух состояниях – включения и выключения, то есть во всем хорошо известной двоичной системе (0 и 1).
Техпроцесс – это, по сути, размер транзисторов. А основа производительности процессора заключается именно в транзисторах. Соответственно, чем размер транзисторов меньше, тем их больше можно разместить на кристалле процессора.
Новые процессоры Intel выполнены по техпроцессу 22 нм. Нанометр (нм) – это 10 в -9 степени метра, что является одной миллиардной частью метра. Чтобы вы лучше смогли представить насколько это миниатюрные транзисторы, приведу один интересный научный факт: « На площади среза человеческого волоса, с помощью усилий современной техники, можно разместить 2000 транзисторных затворов!»
Если брать во внимание современные процессоры , то количество транзисторов, там уже давно перевалило за 1 млрд.
Ну а техпроцесс у первых моделей начинался совсем не с нанометров, а с более объёмных величин, но в прошлое мы возвращаться не будем.
Примеры техпроцессов графических и центральных процессоров
>Сейчас мы рассмотрим парочку последних техпроцессов, которые использовали известные производители графических и центральных процессоров.
1. AMD (процессоры)
>Техпроцесс 32 нм. К таковым можно отнести Trinity, Bulldozer, Llano. К примеру, у процессоров Bulldozer, число транзисторов составляет 1,2 млрд., при площади кристалла 315 мм2.
Техпроцесс 45 нм. К таковым можно отнести процессоры Phenom и Athlon. Здесь примером будет Phemom, с числом транзисторов 904 млн. и площадью кристалла 346 мм2.
2. Intel:
Техпроцесс 22 нм. По 22-нм нормам построены процессоры Ivy Bridge (Intel Core ix - 3xxx). К примеру Core i7 – 3770K, имеет на борту 1,4 млрд. транзисторов, с площадью кристалла 160 мм2, видим значительный рост плотности размещения.
Техпроцесс 32 нм. К таковым можно отнести процессоры Intel Sandy Bridge (Intel Core ix – 2xxx). Здесь же, размещено 1,16 млрд. на площади 216 мм2.
Здесь четко можно увидеть, что по данному показателю, Intel явно обгоняет своего основного конкурента.
3. AMD (ATI) (видеокарты)
>Техпроцесс 28 нм. Видеокарта Radeon HD 7970
4. Nvidia:
Техпроцесс 28 нм. Geforce GTX 690
Вот мы и рассмотрели понятие техпроцесса в центральных и графических процессорах. На сегодняшний день разработчиками планируется покорить техпроцесс в 14 нм, а затем и 9, с применением других материалов и методов. И это далеко не предел!
