האם רקיקי 450 מ"מ הם העתיד של ייצור השבבים?

מאחורי כל הגאדג'טים החדשים וכל היישומים המגניבים שאנו מפעילים מסתתרים המעבדים, הזיכרון ורכיבים אחרים שגורמים למערכות לעבוד. ומאחורי כל זה טכנולוגיית תהליכי מוליכים למחצה - המערך המורכב של עיצובים, כלים, חומרים ושלבי עיבוד הדרושים לבניית טרנזיסטורים עובדים כל כך קטנים עד ש -4, 000 מהם יוכלו להתאים לרוחב שיער אדם ולהרכיב מיליארדים מהם בשבב לא גדול מהציפורן שלך.

בהתבסס על ה- Semicon West בשבוע שעבר, המופע השנתי שמתמקד בטכנולוגיית התהליכים לעומת המעבדים או התקני משתמש הקצה, נראה כי כל הענף מוכן להעביר ייצור חדש ל -450 מ"מ ופלים, החל מחמש השנים הבאות..

כיום, כמעט כל המעבדים והזיכרון החשובים מיוצרים על 300 מ"מ ופלים, בערך 12 אינץ 'לרוחב. אבל יצרני השבבים הגדולים מדברים זה שנים על מעבר לטכנולוגיית רקיק 450 מ"מ - פרוסות בגודל של 18 ס"מ - מכיוון שהפלים הגדולים האלה יכולים להחזיק יותר מפי שניים ממספר השבבים, אך אני מקווה שיעלו משמעותית פחות מכפליים מאשר 300 מ"מ ייצור. עד לאחרונה רבים מספקי הציוד גוררים את רגליהם מכיוון שהמעבר הגדול האחרון מ- 200 מ"מ ל- 300 מ"מ בסופו של דבר עלה להם הרבה במחקר ופיתוח, עם מעט יחסית להראות לזה. אבל עכשיו, נראה, כמעט כולם עולים על הרעיון.

בכנס הציג פול א. פאראר, מנהל כללי של Global 450 Consortium, קבוצת החברות המובילות בתחום ייצור המוליכים למחצה, כולל GlobalFoundries, אינטל, יבמ, סמסונג ו- TSMC שבסיסה במכללה למדעים והנדסה ננו-סקאליים באלבני. מפת דרכים שכללה הפגנות של 450 מ"מ ב -14 ננומטר בשנת 2013 עד 2015 עם הציוד המוכן ליצרני השבבים בגודל 10 ננומטר ומעלה בשנים 2015 עד 2016.

כל היצרנים הגדולים דנו בכלים של 450 מ"מ. ניקון אמר כי קיבלה הזמנה מקונסורציום G450 לסורק טבילה של ArF לטווח של 193 ננומטר בגודל 193nm שישמש לפיתוח תהליכים, ואמרה כי היא קיבלה גם הזמנה מאת "יצרן מכשירים מרכזי". ב- ASML נמסר כי זה יהיה משלוח ליטוגרפיה אולטרה סגולה קיצונית (EUV) של 450 מ"מ וכלי טבילה בערך באותו זמן. קאנון הראתה שדבריה היא רקמת הדגם האופטית הראשונה בגודל 450 מ"מ, ואילו טביעות מולקולריות הראו תוצאות עבור רקיק 450 מ"מ בדוגמת בעזרת ליטוגרפיה של חותם ננו.

דבר שנראה שמניע את המעבר הזה הוא העלות הגוברת בייצור בצמתים קטנים יותר. בעוד שהתעשייה מדברת על ליטוגרפיה של EUV במשך שנים ו- ASML בפרט מציינת שיפורים, זה עדיין לא מוכן לייצור, מכיוון שהכלים הנוכחיים אינם מאפשרים את המהירות והנפח שהיצרנים דורשים, בין היתר בגלל בעיות עם מקור הכוח. ב- ASML אומרים כי כיום יש לה 11 מערכות EUV בתחום, ויש לה תוכניות לדור חדש של כלים עם מקורות כוח טובים יותר, אך איש אינו מבצע ייצור מלא עם EUV מכיוון שהכלים אינם מהירים ואמינים מספיק.

במקום זאת, היצרנים משתמשים בכלי הטבילה הנוכחיים של 193 ננומטר, וב -20 ננומטר ומטה הם נאלצים להשתמש בכלים פעמיים בשכבות קריטיות של הרקיע כדי להשיג את הדיוק הדרוש להם. דפוס כפול זה - ועשוי לרשום דפוס מרובע - מוסיף זמן והוצאות לייצור רקיק.

כפי שציין מנכ"ל GlobalFoundries אג'יט מנוחה במפתח מפתח, עלות הליטוגרפיה כבר מתחילה לשלוט בסך הכל בעלויות ייצור הפלים. עם ריבוי דפוסי סורקי טבילה זה מחמיר עוד יותר. "אנו זקוקים נואשות ל- EUV ו- EUV עדיין לא מוכן", אמר.

בתחומים אחרים, מנוחה דיברה על הצורך בחדשנות יציקה בעידן הניידות, ודנה בכל דבר, החל מתהליך 14XM FinFET של החברה, וכלה בטכניקות אחרות כמו FD-SOI, ננו-חוטים ומוליכים למחצה III-V מורכבים (בעיקר שבבים המשתמשים בחומרים אקזוטיים יותר). מעניין לציין שהוא ציין מעבר אפשרי ל- III-V FinFETs בשנת 2017 במשך 7nm, אם כי זה לא נשמע כמו התחייבות ספציפית.

לדבריו, האתגרים הגדולים העומדים בפני התעשייה הם אלה הכלכליים. בצומת 180 ננומטר היו רק 15 שכבות מסכה; בצמתים 20nm / 14nm, ישנם יותר מ 60 שכבות מסכה, וכל שכבה מציעה יותר הזדמנויות לכישלון, שכל אחת מהן יכולה להפוך את הוופל שלם לבלתי שמיש. "כל זה באמת ממש מסתכם, " אמר, והראה כיצד עלות עיצוב השבבים בגובה 130 ננומטר (שהיה מקובל בקצה המוביל לפני עשור, ועדיין משמשת כמה שבבים נגררים), הייתה 15 מיליון דולר; ב 20nm זה 150 מיליון דולר. באופן דומה, עלות תכנון התהליכים עלתה מ -250 מיליון דולר ל -1.3 מיליארד דולר, וההופעה לייצור השבב גדלה מ- 1.45 מיליארד דולר לכ -6.7 מיליארד דולר כיום.

כדי להילחם בזה, ספקי כלים אחרים מדברים על טכניקות שמעבר ליתוגרפיה, כמו ערמת שבבים עם ויאס דרך-סיליקון (TSV) שנועדו לייצר שכבות רבות של שבבים; וכלים חדשים להפחתת חומרים ולהסרתם. חברות הכוללות חומרים יישומיים, LAM Research, Tokyo Electron ו- KLA-Tencor דוחפות את הפתרונות שלהן.

בחדשות אחרות מהתוכנית, קארן סבאלה, נשיאת SEMI אמריקה, דיברה על "הרנסנס" של התעשייה האמריקנית ועל תפקידה של תעשיית המוליכים למחצה, ואמרה כי כיום התעשייה מגלגלת 245, 000 משרות ישירות וכמיליון משרות בסך הכל שרשרת האספקה ​​האמריקאית.

SEMI צופה כי הוצאות ציוד יירדו מעט השנה, ואחריה עלייה של 21 אחוז בשנה הבאה, בעיקר בגלל המשך הוצאות היציקה לייצור 20 ננומטר, מפעלי ייצור חדשים של פלאש NAND משתוללים ומשדרוג אינטל של המפעל שלה באירלנד.