Ali imajo 450 mm rezine prihodnost izdelave čipov?

Za vsemi novimi pripomočki in vsemi kul aplikacijami, ki jih izvajamo, stojijo procesorji, pomnilnik in druge komponente, zaradi katerih sistemi delujejo. In za vsem, kar je polprevodniška procesna tehnologija - zapleten niz zasnov, orodij, materialov in korakov obdelave, potrebnih za izdelavo delovnih tranzistorjev, tako majhnih, da bi se jih 4000 lahko prilegalo širini človeških las in zbralo milijarde v čip ne večji od nohta.

Glede na prejšnji teden Semicon West, vsakoletno oddajo, ki se osredotoča na procesno tehnologijo v nasprotju s procesorji ali napravami končnega uporabnika, se zdi, da je celotna industrija pripravljena preseliti novo proizvodnjo na 450 mm rezine, začenši v naslednjih petih letih.

Danes so skoraj vsi pomembni procesorji in pomnilnik izdelani na 300 mm ploščah, širokih približno 12 centimetrov. Toda največji izdelovalci čipov že leta govorijo o prehodu na tehnologijo rezin 450 mm - rezine približno 18 centimetrov - ker lahko te večje rezine sprejmejo več kot dvakratno število čipov, vendar upajmo, da bodo stale bistveno manj kot dvakrat toliko kot 300 mm izdelava. Do nedavnega so se številni dobavitelji opreme vlekli na noge, ker jih je zadnji velik premik od 200 mm do 300 mm pri raziskovanju in razvoju stajal veliko, zato je bilo le malo tega, kar bi lahko pokazali. Toda zdaj, kot kaže, se skoraj vsi srečujejo z idejo.

Na konferenci je Paul A. Farrar, generalni direktor konzorcija Global 450, skupine vodilnih proizvajalcev polprevodnikov, vključno z GlobalFoundries, Intel, IBM, Samsung in TSMC s sedežem okoli College of Nanoscale Science and Engineering v Albanyju, pokazal načrt, ki je vključeval 450 mm demonstracije na 14 nm v letih 2013 do 2015 z opremo, pripravljeno za proizvajalce čipov na 10 nm in več v letih 2015 do 2016.

Vsi veliki proizvajalci so razpravljali o 450-milimetrskem orodju. Nikon je dejal, da je od konzorcija G450 prejel naročilo za 450 mm 193 nm potopni optični bralnik, ki se uporablja za razvoj procesov, in dejal, da je prejel tudi naročilo neimenovanega "večjega proizvajalca naprav." ASML je dejal, da bo približno istočasno pošiljal 450 mm ekstremno ultravijolično litografijo (EUV) in potopna orodja. Canon je pokazal, da je prva optično vzorčena 450 mm rezina, Molekularni odtisi pa so pokazali rezultate za 450-milimetrske rezine z uporabo nano-odtisne litografije.

Zdi se, da ta prehod povzroča vse večje stroške izdelave na manjših vozliščih. Medtem ko industrija že leta govori o litografiji EUV in zlasti ASML navaja izboljšave, ta še vedno ni pripravljen za proizvodnjo, saj trenutna orodja ne omogočajo hitrosti in obsega, ki ga proizvajalci zahtevajo, deloma zaradi težav z vir energije. ASML pravi, da ima zdaj 11 sistemov EUV na terenu in ima načrte za novo generacijo orodij z boljšimi viri energije, vendar nihče ne izvaja celovite proizvodnje z EUV, ker orodja niso dovolj hitra in zanesljiva.

Namesto tega proizvajalci uporabljajo trenutno 193 nm potopno orodje, pri 20 nm in manj pa so prisiljeni dvakrat uporabiti orodja na kritičnih slojih rezin, da bi dobili natančnost, ki jo potrebujejo. To dvojno vzorčenje - in potencialno štirisanje - dodaja čas in stroške za izdelavo rezin.

Kot je v osrednji besedi poudaril izvršni direktor GlobalFoundries Ajit Manocha, stroški litografije že začenjajo prevladovati v skupnih stroških izdelave rezin. Z večkratnim vzorčenjem na potopnih skenerjih se to še poslabša. "Obupno potrebujemo EUV in EUV še vedno ni pripravljen, " je dejal.

Na drugih področjih je Manocha govoril o potrebi po livarski inovaciji v dobi mobilnosti, razpravljal je o vsem, od podjetja 14XM FinFET procesa do drugih tehnik, kot so FD-SOI, nanowires in III-V sestavljeni polprevodniki (v bistvu čipi, ki uporabljajo bolj eksotične materiale). Zanimivo je, da je omenil možen prehod na III-V FinFET leta 2017 za 7nm, čeprav to ni zvenelo kot posebna zaveza.

Povedal je, da so največji izzivi, s katerimi se industrija spopada, gospodarski. Na 180nm vozlišču je bilo le 15 slojev mask; na vozliščih 20nm / 14nm je več kot 60 slojev mask, vsaka plast pa ponuja več možnosti za neuspeh, od katerih vsaka lahko celotno rezino naredi neuporabno. "Vse to se resnično zares sešteva, " je dejal in pokazal, kako so stroški oblikovanja čipov pri 130 nm (ki je bil pred desetletjem pogost na vodilnem robu in jih še vedno uporabljajo nekateri čipi), znašali 15 milijonov dolarjev; pri 20nm, to je 150 milijonov dolarjev. Podobno so se stroški oblikovanja procesov povečali z 250 milijonov do 1, 3 milijarde dolarjev, fab za proizvodnjo čipa pa se je danes povečal z 1, 45 milijarde do približno 6, 7 milijarde dolarjev.

Za boj proti temu drugi prodajalci orodij govorijo o tehnikah, ki presegajo litografijo, na primer zlaganje čipov s pomočjo silicijevih vias (TSV), namenjenih za proizvodnjo večplastnih čipov; in nova orodja za odlaganje in odstranjevanje materialov. Podjetja, ki vključujejo uporabne materiale, raziskave LAM, Tokyo Electron in KLA-Tencor, si prizadevajo za rešitev.

V drugih novicah iz oddaje je Karen Savala, predsednica SEMI Americas, spregovorila o "renesansi" ameriške proizvodnje in vlogi polprevodniške industrije, češ da ima zdaj 245.000 neposrednih delovnih mest in približno milijon vseh delovnih mest v Ameriška dobavna veriga.

SEMI pričakuje, da bodo letos stroški za opremo nekoliko upadli, prihodnje leto pa se bo povečala za 21 odstotkov, predvsem zaradi nadaljevanja porabe livarskih izdelkov za 20 nm proizvodnjo, novih obratov za proizvodnjo bliskavic NAND in Intelove nadgradnje proizvajalca na Irskem.