TSMCnin 5nm teknik kağıtları sık sık açığa çıkar ve transistör yoğunluğunun 7nmnin iki katına çıkması beklenir.
Geçtiğimiz yirmi yılda TSMC, "Moore Yasası" doğrultusunda istikrarlı bir şekilde atılımlar yapıyor: 5 yıl önce, TSMC ilk olarak yarı iletken cihazlar üretmek için "FinFet" teknolojisini uygulayarak bizi 16nm düğüme götürdü ; İki yıl sonra TSMC, 10nm'yi aştı, 2017'nin başlarında seri üretime ulaştı ve Appleın A11 işlemcisine başarıyla uygulandı, bu da TSMC'ye büyük faydalar sağladı; bir yıl sonra 7nm seri üretime geçti ve bugün en gelişmiş haline geldi Yarı iletken proses teknolojisinin safları.
Geçen yılın Mart ayında TSMC, risk üretiminin (risk üretimi) nihai deneme üretim aşamasına girerek "5nm" düğüm üzerindeki etkisini başlattı ve araştırma ve geliştirmeyi bu yılın ikinci çeyreğinde Nisan'dan Mayıs'a kadar tamamlamayı planladı. -19 "Salgının etkisiyle tamamlanma süresi bir süre gecikebilir.
(Kaynak: WikiChip Analizi)
TSMC tüm 5nm düğüm teknolojilerini açıklamamış olsa da, bunların hepsini ifşa etmek elbette imkansızdır.Ancak, TSMC yakın zamanda "Arm Techcon 2019", 65. IEEE IEDM konferansı ve ISSCC 2020 dahil olmak üzere büyük konferans dergilerinde birçok makale yayınladı Vb, bu makaledeki tartışma yalnızca bu yayınlanan belgelerin yorumlanmasına dayanmaktadır.
Spekülasyona göre, 5nm teknolojisi, yongada 171.3MTr / mm²'lik bir transistör yoğunluğu elde edebilecek, bu da önceki 7nm'nin 91.20 MTr / mm²'sinin neredeyse iki katı. IEDM toplantısında TSMC raporu, 5nm düğüm teknolojisinin 7nm düğümün 1.84 katı transistör yoğunluğuna ulaşacağına işaret etti.
(Kaynak: WikiChip)
Genel bir perspektiften bakıldığında, 5nm düğüm teknolojisinin amacı, yüksek yoğunluklu ve yüksek performanslı "FinFet" yarı iletken proses teknolojisidir ve günümüzün sıcak 5G'siyle uyumlu olarak, cep telefonu SoC yongalarında ve yüksek performanslı bilgi işlem (Yüksek Performanslı Hesaplama) uygulamalarında yaygın olarak kullanılacaktır. , Yapay zeka ve diğer teknolojiler.
Qualcomm USA başkan yardımcısı Dr.Geoffrey Yeap, 65. IEEE IEDM toplantısında, tipik bir cep telefonu SoC çipinde taşınan transistörlerin% 60'ının mantık devrelerinden,% 30'unun SRAM bellek modüllerinden ve geri kalan% 10'unun analog arabirimlerden, 5nm'den geldiğini belirtti. Teknoloji, çip boyutunu% 35 -% 40 oranında küçültebilecek.
Cihaz gücü ve performansı açısından bakıldığında, 5nm teknolojisi altındaki yarı iletken cihazlar, aynı güçte öncekinden% 15 daha hızlı olacak veya% 70 güçle aynı hıza ulaşabilecek. Ek olarak, 7nm'de kullanılan ultra düşük VT teknolojisi için, 5nm, cihazın bekleme gücünü etkili bir şekilde azaltabilen ve böylece cihazın enerji tüketimini azaltabilen aşırı LVT teknolojisini kullanacaktır. Ayrıca 5nm cihazların% 15 ila% 25 arasında bir hız artışı elde etmesini sağlar.
Şekil EUV aşırı ultraviyole teknolojisinin uygulanması (Kaynak: WikiChip)
Transistörün boyutu küçüldükçe litografi işleminde kullanılan litografi ışık kaynağı teknolojisi yükseltilmelidir.Kullanılan ışık kaynağının geliştirilmesine göre litografi makinesi 5. nesil ürünlerin geliştirilmesinden geçmiştir ve ışık kaynağının iyileştirilmesi her seferinde önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Litografi makinesinin elde edebileceği en küçük işlem düğümü.
İlk iki nesil litografi makineleri, 0.8-0.35 mikron işlem yongalarının üretimini karşılayabilen litografi ışık kaynağı olarak cıva lambaların ürettiği 436nm "g-line" ve 365nm "i-line" kullanmıştır. Daha sonra ışık kaynağı olarak 248 nm KrF (kripton florür) eksimer lazer belirdi ve minimum işlem düğümünü 350-180 nm seviyesine yükseltti.
TSMCnin 7nm ve 7 + nm işlemi, 193 nm dalga boyuna sahip derin bir ultraviyole (DUV) işlemi kullanır. Şu anda en yaygın kullanılan litografi makinesi ve en temsili ışık nesli olan dördüncü nesil litografi makinesini kullanır. Kazınmış makine. 5nm düğümde, TSMC, TSMC'nin bu teknolojiyi ilk kez uyguladığı 13,5 nm dalga boyuna sahip aşırı ultraviyole (EUV) teknolojisini kullanacak. TSMC, EUV sürecini 7 + nm işleminde kullanmaya çalışsa da, EUV işlemi önceki düğümde kullanılan yarı iletken teknolojisiyle uyumsuzdur ve 7 + nm'yi "yetim" yapar. Bununla birlikte, 7nm işleminin bir geçişi olarak 5nm işlemi, EUV teknolojisini uygulamaya daha tam olarak hazırlanmıştır.
Bir diğer kanıt ise, IEDM raporunda TSMC'nin fotolitografi sürecinde bu kez kullanılan maskenin bir önceki düğümden daha az olan 81 civarında olacağını duyurmasıdır. Bunlar arasında maske, litografi teknolojisinde önemli bir araçtır ve rolü bir "filtre" ye benzer.Maskenin uygun şekilde uygulanması, yonga üretiminde önemli bir adım olan gofret üzerinde çeşitli desenler üretebilir.
TSMC'nin süreç güncelleme sürecine dönüp bakıldığında, kullanılan maske sayısı yükselen bir eğilim gösterdi: 14 / 16nm'de 60'tan 10nm'de 78'e ve sonra 7nm'de 87'ye. Bu çok mantıklı.Aynı boyuttaki yonga üzerinde daha fazla transistör yapmak istiyorsanız, aynı boyuttaki ahşap tahtaya daha karmaşık desenler oymakla eşdeğerdir, oyma için daha fazla maske eklemeniz gerekir. Ancak ışık kaynağı değiştirilirse, yani daha ince bir bıçak bulunursa, karmaşık desenleri oymak daha kolay olacaktır.
Şekil Yüksek mobilite kanalı (Kaynak: WikiChip)
Sürücü akımını artırmak için TSMC, 5nm sürecine Yüksek Hareketlilik Kanalı teknolojisini ekledi.
TSMC, bu teknolojinin ayrıntılarını çeşitli raporlarda tanıtmaktan kaçınmak için elinden geleni yapmış olsa da, teknoloji 5nm işlem menüsünde olmalıdır. Bu, taşıyıcı hareketliliğini artırarak ileri akımı artıran yarı iletken bir teknolojidir.Örneğin, TSMC'nin pMOS cihazlarının akımını artırmak için SiGe kanallarını kullanacağına ve% 18 performans artışı getireceğine inanıyoruz.
(Kaynak: WikiChip)
İlk birkaç işlem düğümünden yola çıkarak, TSMCnin yürütme gücü herkes için açıktır.
16nm işleminden başlayarak, geliştirme döngüsü birden daha kısadır ve 7nm sürecinin geliştirilmesi en hızlı olanıdır. Orta yol ASML litografi makinesi olmasaydı ve bu sefer "COVID-19" salgınından etkilendiyse, 5nm işleminin geliştirme sürecinin bir zamanlar 7nm'yi geçtiği düşünülüyordu. Tamamlandığında, 5nm süreci bize daha entegre çipler getirecek ve TSMC, 5nm seri üretim yapan ilk yarı iletken proses şirketi olmak için Samsung ve Intel'i geçebilir.
