Video: ZEISS – Neue Wege für die Mikrochips von Morgen (November 2024)
Hinter all den neuen Gadgets und all den coolen Anwendungen, die wir ausführen, stecken die Prozessoren, der Speicher und andere Komponenten, mit denen die Systeme funktionieren. Und hinter all dem steckt die Halbleiterprozesstechnologie - die komplexe Reihe von Designs, Werkzeugen, Materialien und Verarbeitungsschritten, die erforderlich sind, um Arbeitstransistoren so klein zu bauen, dass 4.000 davon über die Breite eines menschlichen Haares passen und Milliarden von ihnen in einem Chip zusammenfügen können nicht größer als dein Fingernagel.
Basierend auf der Semicon West der letzten Woche, der jährlichen Messe, auf der die Prozesstechnologie im Gegensatz zu den Prozessoren oder Endbenutzergeräten im Mittelpunkt steht, scheint die gesamte Branche bereit zu sein, ihre neue Produktion in den nächsten fünf Jahren auf 450-mm-Wafer umzustellen.
Heutzutage werden praktisch alle wichtigen Prozessoren und Speicher auf 300-mm-Wafern mit einem Durchmesser von 12 Zoll hergestellt. Aber die größten Chiphersteller haben jahrelang über die Umstellung auf die 450-mm-Wafertechnologie gesprochen - Wafer mit einem Durchmesser von etwa 18 Zoll -, weil diese größeren Wafer mehr als die doppelte Anzahl an Chips aufnehmen können, aber hoffentlich deutlich weniger als das Doppelte der 300-mm-Herstellung kosten werden. Bis vor kurzem haben viele Ausrüster ihre Füße in die Länge gezogen, weil der letzte große Schritt von 200 mm auf 300 mm sie viel Forschung und Entwicklung gekostet hat und relativ wenig zu zeigen war. Aber jetzt scheint es, dass fast jeder mit der Idee einverstanden ist.
Auf der Konferenz zeigte Paul A. Farrar, General Manager des Global 450 Consortium, einer Gruppe führender Halbleiterhersteller, darunter GlobalFoundries, Intel, IBM, Samsung und TSMC mit Hauptsitz am College für Nanowissenschaften und Ingenieurwissenschaften in Albany, eine Roadmap mit 450-mm-Demonstrationen auf 14 nm in den Jahren 2013 bis 2015, wobei die Ausrüstung für die Chiphersteller von 2015 bis 2016 auf 10 nm und darüber hinaus ausgelegt ist.
Alle großen Hersteller diskutierten über 450-mm-Werkzeuge. Nikon gab bekannt, einen Auftrag vom G450-Konsortium für einen 450-mm-193-nm-ArF-Tauchscanner für die Prozessentwicklung erhalten zu haben und einen Auftrag von einem namentlich nicht genannten "großen Gerätehersteller" erhalten zu haben. ASML gab bekannt, dass 450-mm-Ultraviolettlithografie (EUV) und Immersionswerkzeuge zur gleichen Zeit ausgeliefert werden. Canon zeigte, was es heißt, dass es sich um den ersten optisch gemusterten 450-mm-Wafer handelt, während Molecular Imprints Ergebnisse für einen 450-mm-Wafer zeigte, der unter Verwendung seiner Nanoimprint-Lithographie gemustert wurde.
Eine Sache, die diesen Übergang voranzutreiben scheint, sind die steigenden Herstellungskosten bei kleineren Knoten. Während die Industrie seit Jahren über EUV-Lithografie spricht und insbesondere ASML Verbesserungen anführt, ist dies noch nicht produktionsreif, da die aktuellen Tools nicht die Geschwindigkeit und das Volumen zulassen, die die Hersteller zum Teil aufgrund von Problemen mit benötigen die Stromquelle. Nach Angaben von ASML sind derzeit 11 EUV-Systeme im Einsatz, und es ist eine neue Generation von Werkzeugen mit besseren Stromquellen geplant, aber niemand fertigt in vollem Umfang mit EUV, da die Werkzeuge nicht schnell und zuverlässig genug sind.
Stattdessen setzen die Hersteller die aktuellen 193-nm-Tauchwerkzeuge ein und sind bei 20 nm und darunter gezwungen, die Werkzeuge zweimal auf kritischen Schichten des Wafers einzusetzen, um die erforderliche Präzision zu erzielen. Diese Doppelstrukturierung - und möglicherweise die Vierfachstrukturierung - erhöht die Zeit und die Kosten für die Waferherstellung.
Wie Ajit Manocha, CEO von GlobalFoundries, in einer Grundsatzrede feststellte, dominieren die Lithografiekosten bereits die Gesamtkosten für die Waferherstellung. Mit Multi-Patterning auf Immersionsscannern wird dies noch schlimmer. "Wir brauchen dringend EUV und EUV ist noch nicht fertig", sagte er.
In anderen Bereichen sprach Manocha über die Notwendigkeit von Innovationen in der Gießerei im Mobilitätszeitalter und diskutierte alles vom 14XM-FinFET-Prozess des Unternehmens bis zu anderen Techniken wie FD-SOI, Nanodrähten und III-V-Verbindungshalbleitern (im Wesentlichen Chips, die exotischere Materialien verwenden)). Interessanterweise erwähnte er einen möglichen Wechsel zu III-V-FinFETs im Jahr 2017 für 7 nm, obwohl dies nicht nach einer bestimmten Verpflichtung klang.
Die größten Herausforderungen für die Branche seien die wirtschaftlichen. Am 180-nm-Knoten gab es nur 15 Maskenschichten; An den 20-nm- / 14-nm-Knoten gibt es mehr als 60 Maskenschichten, und jede Schicht bietet mehr Fehlermöglichkeiten, von denen jede einen gesamten Wafer unbrauchbar machen kann. "All das summiert sich wirklich, wirklich", sagte er und zeigte, wie die Kosten für das Chip-Design bei 130 nm (die vor einem Jahrzehnt üblich waren und immer noch von einigen Hinterkanten-Chips genutzt werden) 15 Millionen US-Dollar betrugen; bei 20nm sind es 150 Millionen Dollar. In ähnlicher Weise sind die Kosten für das Prozessdesign von 250 Millionen US-Dollar auf 1, 3 Milliarden US-Dollar gestiegen, und die Fabrik zur Herstellung des Chips hat sich von 1, 45 Milliarden US-Dollar auf heute etwa 6, 7 Milliarden US-Dollar erhöht.
Um dem entgegenzuwirken, sprechen andere Anbieter von Tools über Techniken jenseits der Lithografie, z. und neue Werkzeuge zur Materialablagerung und -entfernung. Unternehmen wie Applied Materials, LAM Research, Tokyo Electron und KLA-Tencor treiben ihre Lösungen voran.
Karen Savala, Präsidentin von SEMI Americas, sprach in anderen Nachrichten der Show über die "Renaissance" des US - amerikanischen verarbeitenden Gewerbes und die Rolle der Halbleiterindustrie und sagte, dass in der Branche derzeit 245.000 direkte Arbeitsplätze und rund eine Million Arbeitsplätze insgesamt in den USA zu finden sind US-Lieferkette.
SEMI geht davon aus, dass die Ausrüstungsausgaben in diesem Jahr leicht zurückgehen werden, gefolgt von einem Anstieg um 21 Prozent im nächsten Jahr, was hauptsächlich auf die fortgesetzten Gießereiausgaben für die 20-nm-Fertigung, die Inbetriebnahme neuer NAND-Flash-Fertigungsanlagen und die Modernisierung der irischen Fabrik durch Intel zurückzuführen ist.
