Чи варті 450-мм вафлі майбутнє виготовлення чіпів?

За всіма новими гаджетами та усіма класними програмами, які ми запускаємо, лежать процесори, пам'ять та інші компоненти, які змушують працювати системи. І позаду всього, що є напівпровідниковою технологією технологічного процесу - складний масив конструкцій, інструментів, матеріалів та етапів обробки, необхідних для створення робочих транзисторів настільки малим, що 4000 з них могли вміститися по всій ширині людського волосся та зібрати мільярди з них у чіп не більший за ваш ніготь.

На основі минулого тижня Semicon West, щорічного шоу, що фокусується на технологічній технології на відміну від процесорів або пристроїв кінцевих споживачів, схоже, вся галузь готова перенести нове виробництво на вантажні вироби на 450 мм, починаючи з наступних п'яти років .

Сьогодні практично всі важливі процесори та пам'ять зроблені на 300 мм вафлях, приблизно 12 дюймів. Але найбільші виробники чіпів уже багато років говорять про перехід на 450 мм вафельну технологію - вафлі розміром близько 18 дюймів - адже ці великі вафлі можуть вмістити вдвічі більше, ніж чипи, але, сподіваємось, коштувати вони будуть значно менше, ніж удвічі більше, ніж виготовлення 300 мм . До недавнього часу багато постачальників обладнання тягнули ноги, оскільки останній великий хід від 200 до 300 мм в кінцевому підсумку коштував їх багато в дослідженнях та розробках, і порівняно мало їх можна було показати. Але зараз, здається, майже всі підходять до ідеї.

На конференції Пол А. Фаррар, генеральний менеджер консорціуму Global 450, групи провідних компаній з виробництва напівпровідників, включаючи GlobalFoundries, Intel, IBM, Samsung та TSMC, що розташовані навколо Коледжу нанорозмірних наук та інженерії в Олбані, показали дорожня карта, яка включала демонстрації 450 мм на 14 нм у 2013 по 2015 роках, обладнання, готове для виробників чіпів на 10 нм і далі у 2015 по 2016 рік.

Усі великі виробники обговорювали 450 мм інструменти. Компанія Nikon заявила, що отримала замовлення від консорціуму G450 на 450-мм сканер занурення ArF, який буде використовуватися для розробки технологічних процесів, і заявила, що також отримала замовлення від неназваного "великого виробника пристроїв". ASML заявив, що буде доставляти 450 мм екстремальну ультрафіолетову літографію (EUV) та інструменти занурення приблизно в той самий час. Компанія Canon показала, що вона є першою оптично з малюнком 450 мм вафлі, в той час як Molecular Imprints показали результати для вафельної форми з розміром 450 мм, використовуючи її нановідбитну літографію.

Одне, що, здається, зумовлює цей перехід - це зростаючі витрати на виготовлення на менших вузлах. У той час як галузь говорила про літографію EUV роками і зокрема ASML посилається на вдосконалення, вона все ще не готова до виробництва, оскільки сучасні інструменти не дозволяють швидкості та обсягу, які вимагають виробники, частково через проблеми з джерело живлення ASML стверджує, що в даний час є 11 систем EUV у цій галузі, і планує нове покоління інструментів з кращими джерелами живлення, але ніхто не займається повномасштабним виготовленням з EUV, оскільки інструменти не досить швидкі та надійні.

Натомість виробники використовують поточні інструменти занурення 193 нм, а при 20 нм і нижче вони змушені двічі використовувати інструменти на критичних шарах пластини, щоб отримати необхідну точність. Це подвійне малювання - і, можливо, квадратичне малювання - додає час і витрати на виготовлення вафельних виробів.

Як зазначив у своєму виступі генеральний директор GlobalFoundries Аджит Маноча, вартість літографії вже починає домінувати в загальних витратах на виготовлення вафель. При багатокористувацькому скануванні на зануренні сканери це стає ще гірше. "Ми відчайдушно потребуємо ЄСВ, і ЄСВ все ще не готовий", - сказав він.

В інших областях Manocha розповів про необхідність ліварних інновацій в епоху мобільності, обговорюючи все, від фірмового процесу 14XM FinFET до інших методик, таких як FD-SOI, нанопровідники та сполучні напівпровідники III-V (фактично чіпи, які використовують більш екзотичні матеріали ). Цікаво, що він згадав про можливий перехід на III-V FinFET у 2017 році на 7 нм, хоча це не звучало як певне зобов’язання.

За його словами, найбільші проблеми, що стоять перед галуззю, - це економічні. На вузлі 180 нм було лише 15 шарів маски; у вузлах 20 нм / 14 нм є більше 60 шарів маски, і кожен шар пропонує більше можливостей для відмови, будь-який з яких може зробити цілу пластину непридатною. "Все це дійсно, справді додається", - сказав він, показавши, як вартість дизайну мікросхем на 130 нм (що було поширеним на передовій межі десятиліття тому і до цих пір використовується деякими чіп-фреймами) становила 15 мільйонів доларів ; при 20 нм це 150 мільйонів доларів. Аналогічно, вартість дизайну процесів зросла з 250 мільйонів до 1, 3 мільярдів доларів, а виробництво мікросхеми збільшилося з 1, 45 мільярда до приблизно 6, 7 мільярда доларів сьогодні.

Для боротьби з цим інші виробники інструментів говорять про техніку, що не відповідає літографії, наприклад, укладання мікросхем з наскрізними кремнієвими віасами (TSV), призначені для отримання багатошарових чіпів; нові інструменти для осадження та видалення матеріалів. Компанії, включаючи прикладні матеріали, дослідження LAM, Tokyo Electron і KLA-Tencor, наполягають на своїх рішеннях.

Іншими новинами з шоу Карен Савала, президент SEMI Americas, розповіла про "ренесанс" виробництва США та роль напівпровідникової галузі, заявивши, що зараз на цю галузь припадає 245 000 прямих робочих місць та близько мільйона загальних робочих місць у Ланцюг поставок США.

SEMI очікує, що в цьому році витрати на обладнання дещо зменшаться з наступним збільшенням на 21 відсоток у наступному році, в основному, завдяки тривалим витратам на ливарне виробництво на 20 нм, новому виробництву спалахів NAND, а також модернізації Intel в Ірландії.