هي رقائق 450mm مستقبل صناعة الرقائق؟

تكمن وراء كل الأدوات الجديدة وجميع التطبيقات الرائعة التي نديرها المعالجات والذاكرة والمكونات الأخرى التي تجعل الأنظمة تعمل. وتكمن وراء كل ذلك تقنية عملية أشباه الموصلات - المجموعة المعقدة من التصميمات والأدوات والمواد وخطوات المعالجة اللازمة لبناء ترانزستورات عاملة صغيرة بحيث يمكن أن يصل حجمها إلى 4000 منها عبر عرض شعرة الإنسان وتجميع مليارات منها في شريحة ليس أكبر من ظفرك.

استنادًا إلى Semicon West الأسبوع الماضي ، وهو المعرض السنوي الذي يركز على تقنية العملية بدلاً من المعالجات أو أجهزة المستخدم النهائي ، يبدو أن الصناعة بأكملها تستعد لنقل إنتاج جديد إلى رقائق بسعة 450 ملم ، بدءًا من السنوات الخمس القادمة.

اليوم ، يتم تصنيع جميع المعالجات والذاكرة المهمة تقريبًا على رقائق بحجم 300 مم ، تقريبًا 12 بوصة. لكن أكبر صانعي الرقائق يتحدثون منذ سنوات عن التحول إلى تقنية رقائق بسعة 450 مم - رقائق بسعة 18 بوصة تقريبًا - لأن هذه الرقاقات الكبيرة يمكنها الاحتفاظ بأكثر من ضعف عدد الرقاقات ، ولكن نأمل أن تكلف أقل بكثير من ضعف تكلفة تصنيع 300 مم.. حتى وقت قريب ، كان الكثير من موردي المعدات يجرون أقدامهم لأن الخطوة الكبيرة الأخيرة من 200 مم إلى 300 مم انتهى بها الأمر بتكلفتهم الكثير في مجال البحث والتطوير مع القليل نسبيًا لعرضه على ذلك. لكن الآن ، يبدو أن الجميع تقريبًا يشاركون في الفكرة.

في المؤتمر ، قام بول أ. فارار ، المدير العام لـ Global 450 Consortium ، وهي مجموعة من كبرى شركات تصنيع أشباه الموصلات بما في ذلك GlobalFoundries و Intel و IBM و Samsung و TSMC ومقرها كلية العلوم والهندسة النانوية في ألباني ، بعرض خارطة الطريق التي تضمنت عروضًا بقطر 450 ملم في 14 نانومتر في 2013 إلى 2015 مع تجهيز المعدات لمصنعي الرقائق في 10 نانومتر وما بعدها في 2015 إلى 2016.

جميع الشركات المصنعة الكبرى كانت تناقش أدوات 450 مم. وقالت نيكون إنها تلقت طلبًا من كونسورتيوم G450 للحصول على ماسح ضوئي غاطس يبلغ طوله 193 ملمًا بقطر 193nm ليتم استخدامه لتطوير العملية ، كما قال إنه تلقى أيضًا طلبًا من "الشركة المصنعة للجهاز الرئيسية". قالت ASML إنها ستشحن الطباعة الحجرية فوق البنفسجية البالغة 450 مم والأدوات الغاطسة في نفس الوقت تقريبًا. أظهرت شركة Canon ما وصفته بأنه أول رقاقة بسكويت بصري يبلغ 450 مم ، في حين أظهرت بصمات جزيئية نتائج لرقاقة بسكويت 450 مم باستخدام الطباعة الحجرية ذات البصمة النانوية.

الشيء الوحيد الذي يبدو أنه يقود هذا الانتقال هو التكلفة المتزايدة للتصنيع في العقد الأصغر. على الرغم من أن الصناعة تحدثت عن الطباعة الحجرية EUV لسنوات وأن ASML على وجه الخصوص كانت تشير إلى التحسينات ، فإن هذا لا يزال غير جاهز للإنتاج ، حيث أن الأدوات الحالية لا تسمح بالسرعة والحجم اللذين تتطلبهما الشركات المصنعة ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى مشاكل مع مصدر الطاقة. تقول ASML أن لديها الآن 11 نظامًا من وحدات EUV في الميدان ، ولديها خطط لجيل جديد من الأدوات مع مصادر طاقة أفضل ، لكن لا أحد يقوم بتصنيع واسع النطاق باستخدام EUV لأن الأدوات ليست سريعة وموثوقة بدرجة كافية.

بدلاً من ذلك ، يستخدم المصنِّعون أدوات الغمر الحالية البالغة 193 نانومتر ، وفي 20 نانومتر وتحتها ، يُجبرون على استخدام الأدوات مرتين على الطبقات الحرجة من الرقاقة للحصول على الدقة التي يحتاجونها. هذا النقش المزدوج - ويحتمل أن يكون نمطًا رباعيًا - يضيف وقتًا ونفقات إلى رقاقة التصنيع.

كما أشار المدير التنفيذي لشركة GlobalFoundries Ajit Manocha في بيان رئيسي ، فإن تكلفة الطباعة الحجرية بدأت بالفعل في السيطرة على إجمالي تكاليف تصنيع الرقاقات. مع وجود أنماط متعددة على ماسحات ضوئية مغمورة ، فإن هذا يزداد سوءًا. وقال "نحن في حاجة ماسة إلى EUV و EUV لا يزال غير جاهز".

في مجالات أخرى ، تحدثت Manocha عن الحاجة إلى ابتكار مسبك في عصر التنقل ، وناقشت كل شيء بدءًا من عملية 14XM FinFET الخاصة بالشركة إلى تقنيات أخرى مثل FD-SOI ، أسلاك متناهية الصغر ، وأشباه الموصلات III-V المركبة (أساسًا رقائق تستخدم مواد أكثر غرابة)). ومن المثير للاهتمام ، ذكر انتقال محتمل إلى III-V FinFETs في عام 2017 لمدة 7nm ، على الرغم من أنه لا يبدو وكأنه التزام محدد.

وقال إن أكبر التحديات التي تواجه الصناعة هي التحديات الاقتصادية. في العقدة 180nm ، كان هناك 15 طبقة قناع فقط ؛ في العقد 20 نانومتر / 14 نانومتر ، هناك أكثر من 60 طبقة قناع ، وتوفر كل طبقة فرصًا أكثر للفشل ، يمكن لأي منها جعل رقاقة كاملة غير قابلة للاستخدام. وقال: "كل هذا في الحقيقة يضيف بالفعل" ، موضحا أن تكلفة تصميم الرقائق عند 130nm (التي كانت شائعة في الطليعة قبل عقد ، وما زالت تستخدمها بعض الرقائق المتطورة) ، كانت 15 مليون دولار.. في 20nm ، هو 150 مليون دولار. وبالمثل ، ارتفعت تكلفة تصميم العملية من 250 مليون دولار إلى 1.3 مليار دولار ، وزادت القوات المسلحة البوروندية لتصنيع الرقاقة من 1.45 مليار دولار إلى حوالي 6.7 مليار دولار اليوم.

لمكافحة هذا الأمر ، يتحدث بائعو الأدوات الآخرون عن تقنيات تتجاوز الطباعة الحجرية ، مثل تكديس الرقاقات باستخدام vias silicon (TSVs) المصممة لإنتاج طبقات متعددة من الرقائق ؛ وأدوات جديدة لترسيب المواد وإزالتها. الشركات بما في ذلك المواد التطبيقية و LAM Research و Tokyo Electron و KLA-Tencor تدفع حلولها.

في أخبار أخرى من المعرض ، تحدثت كارين سافالا ، رئيسة شركة SEMI Americas ، عن "نهضة" التصنيع الأمريكي ودور صناعة أشباه الموصلات ، قائلة إن الصناعة تستحوذ على 245000 وظيفة مباشرة وحوالي مليون وظيفة في سلسلة التوريد الولايات المتحدة.

تتوقع SEMI انخفاض الإنفاق على المعدات قليلاً هذا العام ، تليها زيادة بنسبة 21 في المائة العام المقبل ، ويرجع ذلك في الغالب إلى استمرار الإنفاق على المسابك لتصنيع 20nm ، ومصانع تصنيع NAND فلاش جديدة وتعزز إنتل من القوات المسلحة البوروندية في أيرلندا.