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芯片7nm指的是什么 7nm工藝是什么意思( 四 )

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所以Imagination在發(fā)布會上說驍龍855的Adreno 640若為100%面積，則Exynos 9820的Mali G76MP12需以184%的面積才能達(dá)到相同性能——GPU IP固然也是其中一部分原因，但前者采用臺積電N7工藝，后者采用三星8nm LPP工藝，就不同的晶體管密度來看，工藝本身產(chǎn)生的影響也還是比較大的 。
如果就晶體管來看，三星宣稱8nm LPP的gate長度（Lg）縮減5%，可以造成柵電容（gate capacitance）小幅提升 。金屬柵堆疊（metal gate stack）也做了進(jìn)一步的改良，增加驅(qū)動電流 。
Lg的縮減對于pFET和nFET而言實(shí)則也是不對等的，三星為此采用了一些優(yōu)化方案，包括對源極/漏極蝕刻（source/drain etch）的優(yōu)化，鍺化硅摻雜等 。三星宣稱pFET的Vt（閾值電壓）控制會比10LPP略好 。而晶體管的fin則略窄、略高了一點(diǎn)點(diǎn)（三星的第五代fin），改良后可實(shí)現(xiàn)對短溝道效應(yīng)（short-channel effect）更好的控制 。還有一些優(yōu)化方案則著力于減少導(dǎo)通電阻，pFET和nFET的接觸電阻有不同程度減少 。
在上述各項(xiàng)提升后，三星宣稱相同IDDQ（靜止?fàn)顟B(tài)下VDD電源電流）下環(huán)形振蕩器AC頻率提升8-10%，以及有7-10%的功耗下降 。8nm pFET contact與eSiGe（嵌入在硅襯底中、晶體管溝道區(qū)域末端處的外延鍺化硅）優(yōu)化，相比10LPP產(chǎn)生了大約5%的DC增益；nFET S/D（源極/漏極）與contact優(yōu)化，也產(chǎn)生了5-8%的提升 。
從上述所有改進(jìn)實(shí)則不難發(fā)現(xiàn)，8nm LPP還是花了不少資源和投入去做的，甚至是行業(yè)內(nèi)的第一個(gè)LELELELE四重曝光方案用于BEOL——之前的10nm都還沒有應(yīng)用四重曝光 ?；蛟S從這個(gè)意義上來說，8nm的稱謂大概并沒有什么問題 。
只是不知道，在同代手機(jī)SoC中表現(xiàn)偏弱的Exynos 9820，究竟是IP設(shè)計(jì)層面的問題，還是工藝層面的問題，亦或兩者皆有？
傳說中的EUV“真7nm”
有人將Kirin 990 5G的7nm稱作“真7nm”，我們猜測這里的“真”指的應(yīng)該是EUV的應(yīng)用，因?yàn)镵irin 990 5G的N7+的確有多層真正開始采用EUV光刻 。以這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來看，除了臺積電的N7+，三星的7nm LPP也可以認(rèn)為是“真7nm”了 。
VLSI 2018技術(shù)大會上，三星呈現(xiàn)了“第二代7nm制程技術(shù)” 。但在后續(xù)10月份的Arm TechCon之上，三星對路線圖做了更新，最初的第二代7nm制程，似乎已更名5nm LPE（三星以前就有這種傳統(tǒng)） 。而原本三星7nm節(jié)點(diǎn)，還區(qū)分初代7LPE和二代7LPP，現(xiàn)似已被統(tǒng)稱為7LPP 。在設(shè)備生產(chǎn)細(xì)節(jié)方面，7LPP與8LPP在很多方面是共享了技術(shù)的，所以8nm LPP很大程度上也是在為三星7nm工藝積累經(jīng)驗(yàn) 。
大會上呈現(xiàn)的三星7nm LPP的關(guān)鍵參數(shù)如下：
這組數(shù)據(jù)現(xiàn)在看來可能并不準(zhǔn)確——尤其是在三星后續(xù)更新了路線圖和節(jié)點(diǎn)規(guī)劃之后 。但如果就這組數(shù)字來看，是優(yōu)于8nm LPP和臺積電的N7、N7P的 。。如果從standard cell來看，其高度縮減還是相當(dāng)之大的，達(dá)到了243nm（6.75T），是8nm LPP的64%，10nm LPP的58% 。一個(gè)NAND2 cell面積為0.0394μm2，是8nm與10nm的54%和46% 。
在談最先進(jìn)半導(dǎo)體制造工藝的時(shí)候，2019年的SoC似乎絕大部分都可以統(tǒng)歸為7nm 。但是當(dāng)我們?nèi)ゼ?xì)看不同手機(jī)SoC甚至PC CPU的工藝制程時(shí)，大家的7nm似乎都有些差別 。
如圖中標(biāo)注的那樣，上面這些參數(shù)仍然是7nm HD高密度方案，除此之外還有常規(guī)的HP高性能方案，cell為3+3-fin（3 P Fins, 3 N Fins），所以10fin的cell高度為270nm（7.5T） 。
此外，7nm LPP有兩層應(yīng)用了單次曝光EUV 。因?yàn)镋UV顯著更短的波長，就不需要再像上述8nm那樣以DUV做多次曝光了，自然也就降低了形成圖案的復(fù)雜性 。不過需要注意的是，如今的7nm EUV也就是替代了某些層的多重曝光 。比如在三星7nm LPP中，晶體管fin的制造仍然采用相對傳統(tǒng)的ArF SAQP四重曝光方案 。但無論如何，EUV的采用都大大減少了制造工序和掩膜的使用 。配合形成圖案的設(shè)計(jì)復(fù)雜度會下降 。

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