Jsou 450 mm oplatky budoucností výroby čipů?

Za všemi novými gadgety a všemi skvělými aplikacemi, které provozujeme, leží procesory, paměť a další komponenty, díky nimž systémy fungují. A za tím vším je technologie polovodičových procesů - složitá řada návrhů, nástrojů, materiálů a kroků zpracování potřebných k vybudování pracovních tranzistorů tak malých, že 4 000 z nich by se mohly přizpůsobit šířce lidských vlasů a shromáždit z nich miliardy do čipu ne větší než váš nehet.

Na základě každoroční přehlídky Semicon West minulého týdne, která se zaměřuje na procesní technologii, na rozdíl od procesorů nebo koncových zařízení, se zdá, že celý průmysl je připraven přesunout novou výrobu na 450 mm destičky, počínaje příštích pěti lety.

V současné době jsou prakticky všechny důležité procesory a paměť vyráběny na 300mm destičkách o průměru asi 12 palců. Ale největší výrobci čipů již léta mluví o přechodu na technologii oplatky 450 mm - oplatky o průměru asi 18 palců - protože tyto větší oplatky dokážou pojmout více než dvojnásobek počtu čipů, ale doufejme, že to bude stát výrazně méně než dvakrát více než 300 mm výroby. Až donedávna mnoho dodavatelů zařízení táhlo nohy, protože poslední velký posun z 200 mm na 300 mm je nakonec stálo mnoho nákladů na výzkum a vývoj, s relativně malým množstvím toho, co se jim ukázalo. Ale teď se zdá, že téměř každý se s touto myšlenkou dostává.

Na konferenci Paul A. Farrar, generální ředitel Global 450 Consortium, skupina předních polovodičových výrobních společností včetně GlobalFoundries, Intel, IBM, Samsung a TSMC se sídlem kolem College of Nanoscale Science and Engineering v Albany, předvedl plán, který zahrnoval demonstrace 450 mm na 14 nm v letech 2013 až 2015 s vybavením připraveným pro výrobce čipů v 10 nm a dále v letech 2015 až 2016.

Všichni velcí výrobci diskutovali o 450mm nástrojích. Nikon uvedl, že obdržel objednávku od konsorcia G450 na 450mm 193nm imerzní skener ArF, který má být použit pro vývoj procesů, a řekl, že také obdržel objednávku od nejmenovaného „hlavního výrobce zařízení“. ASML uvedl, že bude dodávat 450 mm extrémní ultrafialovou litografii (EUV) a ponorné nástroje přibližně ve stejnou dobu. Společnost Canon ukázala, co se říká, je první opticky vzorkovaná destička o průměru 450 mm, zatímco společnost Molecular Imprints ukázala výsledky pro destičku o průměru 450 mm pomocí její litografie s nanotiskem.

Zdá se, že jednou z věcí, která řídí tento přechod, jsou rostoucí náklady na výrobu v menších uzlech. I když průmysl hovořil o litografii EUV po celá léta a zejména ASML citoval vylepšení, stále to není připraveno k výrobě, protože současné nástroje neumožňují rychlost a objem, které výrobci vyžadují, částečně kvůli problémům s zdroj energie. ASML říká, že nyní má v terénu 11 systémů EUV a má plány na novou generaci nástrojů s lepšími zdroji energie, ale nikdo s EUV nedělá plnou výrobu, protože nástroje nejsou dostatečně rychlé a spolehlivé.

Místo toho výrobci používají současné ponorné nástroje o délce 193 nm a ve 20 nm a méně jsou nuceni používat nástroje dvakrát na kritických vrstvách oplatky, aby získali přesnost, kterou potřebují. Toto dvojí vzorování - a potenciálně čtyřúhelníkové - přidává čas a náklady na výrobu destiček.

Jak uvedl generální ředitel GlobalFoundries Ajit Manocha v hlavní poznámce, náklady na litografii již začínají převládat nad celkovými výrobními náklady na oplatky. S multimodingem na ponorných skenerech se to ještě zhorší. "Zoufale potřebujeme EUV a EUV stále není připravený, " řekl.

V jiných oblastech Manocha hovořil o potřebě slévárenských inovací v éře mobility a diskutoval o všem od procesu společnosti 14XM FinFET po další techniky, jako jsou FD-SOI, nanowire a složené polovodiče III-V (v podstatě čipy, které používají více exotických materiálů)). Zajímavé je, že v roce 2017 zmínil možný přechod na III-V FinFET v roce 2017 na 7 nm, i když to neznělo jako konkrétní závazek.

Řekl, že největší výzvy, kterým toto odvětví čelí, jsou ekonomické. V uzlu 180 nm bylo pouze 15 vrstev masek; v uzlech 20nm / 14nm je více než 60 vrstev masek a každá vrstva nabízí více příležitostí k selhání, z nichž každý může způsobit, že celý oplatek bude nepoužitelný. "To vše opravdu, sčítá, " řekl a ukázal, jak náklady na design čipů na 130nm (což bylo v předních hranách běžné před deseti lety a stále je využívají některé hraniční čipy) byly 15 milionů dolarů; ve 20 nm, to je 150 milionů dolarů. Podobně se náklady na procesní design zvýšily z 250 milionů na 1, 3 miliardy dolarů a výroba na výrobu čipu se dnes zvýšila z 1, 45 miliardy na zhruba 6, 7 ​​miliardy USD.

Za účelem boje proti tomu ostatní výrobci nástrojů hovoří o technikách mimo litografii, jako je ukládání čipů pomocí průchodů křemíkem (TSV) určených k produkci více vrstev čipů; a nové nástroje pro ukládání a odstraňování materiálů. Společnosti, včetně Applied Materials, LAM Research, Tokyo Electron a KLA-Tencor, prosazují svá řešení.

V dalších zprávách ze seriálu Karen Savala, prezident SEMI Americas, hovořil o „renesanci“ výroby v USA a roli polovodičového průmyslu, přičemž uvedl, že toto odvětví nyní představuje 245 000 přímých pracovních míst a přibližně jeden milion pracovních míst v Americký dodavatelský řetězec.

SEMI očekává, že výdaje na vybavení se letos mírně sníží, následuje příští rok nárůst o 21 procent, zejména kvůli pokračujícím slévárenským výdajům na výrobu 20nm, novým závodům na výrobu blesků NAND a rampám společnosti Intel v Irsku.