Des tran­sis­tors GAA en 3nm dès 2022 chez Sam­sung?

Le sud-co­réen ac­cé­lère la road­map de ses tech­no­lo­gies de pro­duc­tion. Au pro­gramme: du FinFET 7nm au se­cond se­mestre, du FD-SOI 18nm l’an pro­chain et des puces à tran­sis­tors gate all around 3nm en 2021/22.

Electronique S - - Sommaire - FRÉ­DÉ­RIC RÉ­MOND

Qu’il de­vient com­pli­qué de fa­bri­quer des se­mi­con­duc­teurs ! Il n’y a en­core pas si long­temps, les tech­no­lo­gies Cmos pla­naires, dont les per­for­mances sem­blaient pou­voir être re­pous­sées ad lib, re­pré­sen­taient l’al­pha et l’omé­ga de la pro­duc­tion de cir­cuits in­té­grés. Ar­ri­vées au bord du pré­ci­pice du fait de leurs li­mites phy­siques, elles ont tou­te­fois fi­ni par lais­ser la place (pour les pro­cess nu­mé­riques de pointe, s’en­tend) aux tran­sis­tors tri­di­men­sion­nels à ai­le­ron des tech­no­lo­gies FinFET ini­tiées par In­tel et dé­sor­mais pré­sentes au ca­ta­logue des prin­ci­paux fon­deurs de l’in­dus­trie tels que TSMC, Sam­sung et Glo­bal­foun­dries. Mais, dé­jà, ces tech­no­lo­gies FinFET voient leurs jours comp­tés. En ré­dui­sant la taille des tran­sis­tors, il de­vient en ef­fet de plus en plus dif­fi­cile de com­man­der, via la ten­sion de grille, le ca­nal de conduc­tion qui se forme entre la source et le drain. La grille ver­ti­cale de la struc­ture en ai­le­ron des tran- sis­tors FinFET per­met de « pin­cer » ce ca­nal de conduc­tion, et donc de le maî­tri­ser plus fa­ci­le­ment qu’avec un tran­sis­tor Cmos pla­naire où la ten­sion de grille vient « ap­puyer » sur un seul cô­té du ca­nal. En fi­lant la clas­sique mé­ta­phore du tuyau d’ar­ro­sage, la mise en oeuvre d’une grille en­ser­rant com­plè­te­ment le ca­nal de conduc­tion ap­pa­raît comme l’évo­lu­tion lo­gique : c’est pré­ci­sé­ment la phi­lo­so­phie qui sous-tend les mon­tages de type GAA ( gate all around), pres­sen­tis comme les suc­ces­seurs dé­si­gnés des FinFET, et ce dans un ave­nir as­sez proche si l’on en croit Sam­sung.

Des EUV pour l’étape 7nm

Le Sud-co­réen a en ef­fet pro­fi­té de son ren­dez-vous an­nuel Sam­sung Foun­dry Fo­rum (SFF) pour dé­tailler la road­map de ses fu­tures tech­no­lo­gies de pro­duc­tion de se­mi-conduc­teurs – une road­map sen­si­ble­ment ac­cé­lé­rée sur cer­tains points. Le pro­cess 7LPP, sa pre- mière tech­no­lo­gie FinFET 7nm ba­sée sur une li­tho­gra­phie aux ul­tra-vio­lets ex­trêmes (EUV), de­vrait être prêt pour la pro­duc­tion au se­cond se­mestre, avec des blocs de pro­prié­té in­tel­lec­tuelle en­core en dé­ve­lop­pe­ment et at­ten­dus pour le dé­but de l’an­née 2019. La struc­ture FinFET ac­tuelle se­ra conser­vée sur les noeuds sui­vants, à sa­voir 5LPE et 4LPE, à l’ho­ri­zon 2019/2020 (rap­pe­lons que les pro­cess ini­tiaux de Sam­sung sont dé­si­gnés sous l’acro­nyme LPE pour low power ear­ly ; une fois aguer­ris et ajus­tés, ils prennent l’ap­pel­la­tion LPP pour low power plus). Le pas­sage au 3nm ver­ra, lui, l’adop­tion d’une ar­chi­tec­ture de type GAA (gate all around), bap­ti­sée chez Sam­sung MBCFET (mul­ti-bridge-chan­nel FET) et re­po­sant sur des na­no­feuilles. La tran­si­tion vers cette tech­no­lo­gie GAA 3 nm pour­rait in­ter­ve­nir fin 2021 ou, plus sû­re­ment, en 2022. Ini­tia­le­ment, Sam­sung avait en­vi­sa­gé la pos­si­bi­li­té de re­cou­rir à cette struc­ture GAA dès le noeud 4nm en 2020. Dif­fi­cile de sa­voir s’il s’agit d’un re­port dû à des dif­fi­cul­tés de concep­tion des tran­sis­tors GAA ou, plus pro­saï­que­ment, d’ex­ploi­ter jus­qu’au bout des tran­sis­tors FinFET bien ro­dés. En termes de géo­mé­tries, Sam­sung se place de toute fa­çon en avance de phase de l’in­dus­trie avec cette road­map ag­gres­sive. TSMC de­vrait en res­ter au 7 nm jus­qu’à la fin de l’an­née pro­chaine, Glo­bal­foun­dries a dé­jà an­non­cé son in­ten­tion de pro­lon­ger cette tech­no­lo­gie jus­qu’en 2021 et In­tel en res­te­ra au 10 nm pour en­core au moins trois ans. Ici joue sans doute l’avan­tage de l’in­té­gra- tion ver­ti­cale du sud-co­réen, qui peut ré­per­cu­ter le sur­coût de ces nou­velles tech­no­lo­gies sur le prix de ses smart­phones quand les autres fon­deurs et fa­bri­cants de puces se re­trouvent en concur­rence fron­tale les uns contre les autres.

Le FD-SOI n’est pas ou­blié

Comme tou­jours, ces an­nonces de géo­mé­tries ul­tra­fines doivent être prises avec des pin­cettes : les chiffres an­non­cés ne cor­res­pondent plus guère à la taille réelle des tran­sis­tors, et ne pré­sagent pas for­cé­ment de per­for­mances amé­lio­rées (on se sou­vient de tech­no­lo­gies 16 nm da­mant le pion à d’autres pour­tant es­tam­pillées 14 nm). Tou­jours est-il que Sam­sung prend très au sé­rieux son nou­veau rôle de fon­deur. Il conti­nue d’ailleurs de pro­mou­voir la tech­no­lo­gie à basse consom­ma­tion FD-SOI, dont NXP Se­mi­con­duc­tors est l’un des prin­ci­paux uti­li­sa­teurs. Alors qu’une mé­moire Mram em­bar­quée est dé­sor­mais dis­po­nible en FD-SOI 28nm, Sam­sung pla­ni­fie le lan­ce­ment d’un pro­cess FD-SOI 18nm pour l’an pro­chain, avec des gains an­non­cés de 24 % en per­for­mances, 38 % en consom­ma­tion et 35% en sur­face. Les kits de dé­ve­lop­pe­ment PDK de ce pro­cess 18FDS sont pré­vus pour sep­tembre 2018 (v0.1), mai 2019 (v1.0) et dé­cembre 2019 (v1.2 avec Mram). Son concur­rent en la ma­tière, Glo­bal­foun­dries, table lui sur une tech­no­lo­gie FD- SOI 12 nm dé­ve­lop­pée à Dresde, avec des pre­mières puces fa­bri­quées en 2019-2020.

≥ En­tré de plain- pied dans le mar­ché de la fon­de­rie, Sam­sung en­tend se don­ner les moyens d’y concur­ren­cer ef­fi­ca­ce­ment TSMC, Glo­bal­foun­dries et consorts.

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