Samsung toont als eerste EUV-details voor 7 nm-chips

Technologiegigant Samsung heeft als allereerste chipfabrikant meer details gegeven over zijn gloednieuwe 7 nm-technologie. Hiervoor gebruikt het als allereerste extreem ultra-violet licht (EUV), wat al meer dan 30 jaar in ontwikkeling is.

Vandaag gebruiken chipmakers allemaal lithografietools van ASML of Nikon op basis van een argon fluoride (ArF). Deze laser produceert diep UV-licht met een golflengte van 193 nm. Dankzij een techniek genaamd immersielithografie kunnen ze de resolutie verhogen, maar sommige complexe functies moeten ze vandaag in meerdere stappen doorlopen.

In theorie

Met de introductie van de EUV-lithografie van ASML is dat niet meer nodig. Het laser-geproduceerde plasma genereert 13,5 nm licht. Samsungs 7 nm-proces heeft een 27 nm fin pitch en een 54 nm gate pitch. Dit zijn de allerkleinste FinFET-transistors tot nu toe. Het algemene resultaat volgens ZDNet is een verkleining van 40 procent vergeleken met het huidige 10 nm-proces waarop de Qualcomm Snapdragon 845 en Samsung Exynos 9810 worden gebakken.

Tweede voordeel van EUV is een beter resultaat op vlak van patroonefficiëntie en minder variabiliteit in dimensie. Kort samengevat: wat je print is wat je effectief krijgt. Samsung claimt dat de nieuwe tools 70 procent correctere patronen aflevert vergeleken met de 193 nm ArF-tools.

Het allerbelangrijkste is de budgetbesparing die EUV met zich meebrengt. Op 7 nm kan Samsung contacten en bepaalde metaallagen met één stap maken, terwijl dat bij 193 nm ArF meerdere belichtingen nodig heeft. Het verwacht dat de 7 nm-technologie de kostenefficiëntie van spitstechnologie nieuw leven in blaast.

In de praktijk

Samsung heeft al verschillende 256 Mb hoge densiteit SRAM-testchips gebakken op zijn 7 nm-platform en haalt vandaag yields die hoger dan 50 procent liggen. Het kan vandaag ook al 7 nm quadcore CPU’s, sixcore GPU’s en SRAM caches maken die volledig operationeel zijn. De 7 nm EUV-technologie levert 20-30 procent betere transistorprestaties en gebruiken 30 tot 50 procent minder energie.

Samsung plant om eind dit jaar de risicoproductie van 7 nm-chips te starten. Het kan een volledig jaar duren voordat er wordt overgeschakeld naar volumeproductie. De kans is daarom zo goed als nihil dat de Samsung Galaxy S10 een 7 nm-chip aan boord zal hebben volgend jaar.

Concurrentie

Rivaal TSMC heeft al een 7 nm-proces in volumeproductie met 50 designs van diverse klanten in het portfolio, maar die gebruiken nog altijd 193nm ArF-immersie met een beperkte chipverkleining als gevolg. Volgend jaar plant TSMC om enkele stappen in hun 7 nm-proces met EUV te doen, wat de chips 20 procent moet verkleinen en 10 procent minder energie vereisen.

GlobalFoundries volgt dezelfde strategie als TSMC, maar staat verder achter. Het kondigde eind vorig jaar pas zijn 7 nm-proces aan dat binnenkort in risicoproductie gaat. Vanaf ergens in 2019 schakelt het over op massaproductie.

Intel worstelt nog steeds met zijn 10 nm-proces en start met massaproductie van eigen chips ergens in 2019. Hier is het 10 nm-proces wat misleidend omdat het al dezelfde ArF-immersie gebruikt als TSMC voor zijn 7 nm-proces. Intel werkt naar verluidt ook aan EUV, maar geeft daar voorlopig nog weinig details rond.