美国投资制造辐射增强芯片的工厂 | 智能技术

发布日期:2019-11-17 10:00

桑迪亚国家实验室(Sandia National Labs)正在升级其生产用于核武器的芯片的生产线,而天水技术铸造厂(SkyWater Technology Foundry)正在为其工具包增加辐射硬化和铜互连。


照片:桑迪亚国家实验室

美国正在投资升级人工智能制造设施,以制造用于其核武库的辐射硬化芯片。它还花费了1.7亿美元来增强位于明尼苏达州布卢明顿的SkyWater Technology Foundry的能力,部分是为了改善该公司的防辐射芯片生产线,以满足国防部的其他需求。
制造美国核武器芯片的工厂既先进又陈旧。能源部位于新墨西哥州桑迪亚国家实验室的MESA晶圆厂制造的芯片可以通过大量辐射进行计算,并且能够可靠地进行数十年的计算。但是它使用的是350纳米的制造工艺,这是Intel于1994年首创的几何形状。它使用该工艺在150毫米的硅晶片上制造芯片,该尺寸在同年开始失去地位。
与150毫米晶圆相比,200毫米晶圆可在单个晶圆上制造更多芯片,从而降低了成本。MESA的微细加工高级经理Michael Holmes解释说,但这并不是升级的主要动机。“对我们而言,这种转换与其说是供应链,不如说是数量。这与获得工具,备件和原材料有关。”他说。为150毫米晶圆设计的工具以及维护这些工具所需的零件变得越来越难以采购。尽管最先进的晶圆厂和代工厂已经使用300毫米晶圆已有十多年了,但是200毫米晶圆设施仍然很多,并且有一个装备它们的行业。
MESA已完成了一个四阶段转换过程的第一阶段,该过程涉及重建化学配方,调整数百个过程参数以及进行广泛的测试。当晶圆厂使用旧工艺生产芯片时,所有这些都必须继续进行。Holmes表示,过渡将在2021年7月及时完成,以供客户使用新流程。
同时,MESA正在着手进行单独的升级,这将导致180纳米辐射硬化处理技术的发展,这实际上将使核武器芯片上晶体管的密度增加一倍。“在我们的任务空间中,虽然高可靠性和辐射硬化是我们的主要要求,但我们还需要扩展此技术以提供更密集和更复杂的逻辑功能,” Holmes说。
另外,国防部将向SkyWater Technology Foundry提供高达1.7亿美元的资金,以开发用于辐射硬化芯片的90纳米工艺,并增加生产铜互连的能力。与从桑迪亚的MESA设施出来的芯片相比,对最终芯片的要求没有那么严格,但是它们将可用于其他军事装备的关键系统以及太空中。
辐射硬化过程依赖于所谓的部分耗尽绝缘体上硅(SOI)技术。它涉及使用硅晶片,该硅晶片具有掩埋在晶体管层下方的氧化物层。SOI芯片本质上比普通的硅芯片更耐辐射。当辐射撞击硅时,会产生移动电荷,从而干扰芯片的运行。然而,在SOI芯片中,氧化物层阻止了辐射感应的电荷进入晶体管层。SkyWater将于11月6日在佛罗里达州墨尔本举行的辐射硬化电子技术会议上介绍其辐射硬化工艺。
除了与辐射有关的升级外,SkyWater还扩大了其互连制造能力,以期将摩尔定律阶梯再上一个台阶。SkyWater目前使用带有铝互连的90纳米硅技术。大约15年前,为了提高芯片的能效,该行业的高端产品已从铝变为电阻较小的铜。铜的添加将使SkyWater能够生产用于IoT设备的高端混合信号芯片以及用于小芯片和高级封装的硅中介。该公司首席技术官布拉德·弗格森(Brad Ferguson)表示:“铜互连件的添加代表SkyWater支持节点缩放至65 nm和45 nm的重要材料处理能力,并与客户的技术路线图保持一致。”
该公司表示,合并后的发展将包括扩建5500平方米的铸造厂,并增加30至50名员工。该资金的初始阶段用于辐射硬化电路的工作,金额为8000万美元。SkyWater已经参与了一项6100万美元的计划,以开发基于3D碳纳米管的芯片。