18英寸晶圓技術(shù)路在何方？18英寸晶圓的“海市蜃樓”。
2022-4-25 14:59:03??????點(diǎn)擊：
十年前，18英寸晶圓技術(shù)曾是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)熱議的話題，當(dāng)時(shí)不少雄心勃勃的芯片公司投以重資，卻紛紛鎩羽而歸。其中最大的原因是——成本。2004年，SEMI認(rèn)為該領(lǐng)域需要投入的成本為250億至400億美元，2011年，Leti也認(rèn)為差不多需要400億美元，一度還成立了全球18英寸聯(lián)盟（Global450Consortium）。
2011年，半導(dǎo)體制造聯(lián)盟Sematach負(fù)責(zé)人經(jīng)理TomJefferson曾表示，計(jì)劃從2013年年中至2014年初，將在紐約阿爾巴尼建立一條完整的18英寸生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線采用50中不同的設(shè)備類型。
然而這個(gè)18英寸聯(lián)盟成員卻目的各不相同，計(jì)劃中的50個(gè)設(shè)備類型來(lái)自不同的供應(yīng)商，目的主要是數(shù)據(jù)開發(fā)，以支持來(lái)自復(fù)雜供應(yīng)商的各種設(shè)備類型。
TomJefferson還認(rèn)為，非參與者，即聯(lián)盟之外的企業(yè)不太可能獲得很多18英寸的專利或者共享聯(lián)盟工作人員資源，以及不太可能享有和聯(lián)盟伙伴同樣的“財(cái)務(wù)杠桿伙伴關(guān)系”。
然而，即便是聯(lián)盟參與者，在晶圓良率測(cè)試方面也有優(yōu)先級(jí)，給人的印象是，不參加該計(jì)劃會(huì)降低生產(chǎn)線推廣的概率。
當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)已經(jīng)擔(dān)憂一些設(shè)備供應(yīng)商可能會(huì)選擇遠(yuǎn)離18英寸，專注于12英寸平臺(tái)的專業(yè)開發(fā)，8納米節(jié)點(diǎn)對(duì)18英寸來(lái)說走到了一個(gè)歷史節(jié)點(diǎn)，SEMI在2011年曾經(jīng)做出過這樣一個(gè)判斷：“后COMS時(shí)代18英尺晶圓將是主流尺寸。在15-20年內(nèi)，即使是MEMS、電源管理芯片等小批量成熟技術(shù)也可以遷移到18英寸廠”。不過SEMI還指出，一旦18英寸大規(guī)模上馬，會(huì)導(dǎo)致12英寸產(chǎn)能過剩，8英寸生產(chǎn)線的遷移也會(huì)受到影響。
CEA-Leti研究員MichelBrillouet給了當(dāng)時(shí)的歐盟委員會(huì)幾個(gè)建議，大力開發(fā)18英寸晶圓技術(shù)拓展，暫時(shí)擱置對(duì)摩爾定律極限的討論，或者擱置18英寸的開發(fā)，專注3D封裝和光刻機(jī)的研發(fā)。
不過18英寸最終戛然而止。
很長(zhǎng)時(shí)間里我們都在討論關(guān)于18英寸晶圓的東西。
目前大約有130家公司擁有6英寸晶圓廠，而擁有8英寸晶圓廠的公司不到90家,擁有12英寸晶圓廠的公司只有24家。
晶圓直徑越大，每片晶圓能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量就越多，采用大尺寸晶圓，增加的成本（主要在材料和制作工序上）并不高，但是可以大幅增加產(chǎn)量，從而降低單顆芯片的成本。從歷史數(shù)據(jù)來(lái)看，晶圓廠每一次采用大尺寸晶圓取代原有產(chǎn)線，單位面積生產(chǎn)成本可以降低20%。
18英寸晶圓的面積是12英寸晶圓的2.25倍。如果建造18英寸晶圓廠，其wpm輸出與12英寸晶圓廠相同，則需要的晶圓廠數(shù)量減少大約2.25倍（由于較低的邊緣芯片損失甚至更少），25個(gè)內(nèi)存晶圓廠變成11個(gè)內(nèi)存晶圓廠，100個(gè)邏輯或其他晶圓廠變成44個(gè)晶圓廠。這些是要建造的更易于管理的晶圓廠數(shù)量。
相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行晶圓廠所需的人員數(shù)量取決于晶圓的數(shù)量，由于晶圓的尺寸大數(shù)量少，晶圓廠所需的人數(shù)也會(huì)減少。
不幸的是，目前在18英寸晶圓產(chǎn)線發(fā)展上遇到了資金和技術(shù)的雙重壓力，導(dǎo)致晶圓廠向18英寸晶圓產(chǎn)線轉(zhuǎn)進(jìn)的速度急劇放緩。開發(fā)18英寸的努力已經(jīng)結(jié)束，唯一的18英寸晶圓廠已經(jīng)退役。18英寸的工作與過去的晶圓尺寸轉(zhuǎn)換不同，在150mm時(shí)，英特爾是領(lǐng)導(dǎo)轉(zhuǎn)型并支付大量工作費(fèi)用的公司，而在200mm時(shí)則是IBM。在12英寸時(shí)，設(shè)備公司承擔(dān)了很多成本，他們需要很長(zhǎng)時(shí)間才能收回投資。
50mm的成本再次被推到設(shè)備公司身上，他們非常不愿意接受這種情況。2014年，英特爾（18英寸的主要驅(qū)動(dòng)力之一）利用率低，42號(hào)晶圓廠閑置，因此他們將資源從18英寸撤下，臺(tái)積電也在18英寸上退讓，設(shè)備公司暫停開發(fā)工作，18英寸晶圓就此“死亡”。
在這一點(diǎn)上，重振18英寸可能為時(shí)已晚，ASML只是試圖生產(chǎn)足夠的EUV系統(tǒng)并將HighNA設(shè)備投入生產(chǎn)。12英寸的HighNAEUV系統(tǒng)已經(jīng)非常龐大——難以運(yùn)輸系統(tǒng)，制造更大的18英寸版本將是前所未有的工程挑戰(zhàn)。
半導(dǎo)體公司長(zhǎng)期以來(lái)一直在短視地壓榨供應(yīng)商的價(jià)格，這往往對(duì)自己的長(zhǎng)期不利。起始晶圓就是一個(gè)很好的例子，價(jià)格已經(jīng)被壓低到晶圓制造商投資新產(chǎn)能不經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)在該行業(yè)面臨短缺。現(xiàn)在，只有短缺驅(qū)動(dòng)的價(jià)格上漲才能最終使新的投資變得經(jīng)濟(jì)。
在接下來(lái)的十年中，由于我們?cè)谂p少環(huán)境足跡的同時(shí)可能使我們的行業(yè)翻倍排放碳足跡，使用18英寸晶圓會(huì)使得減少碳排放容易得多。
2011年，半導(dǎo)體制造聯(lián)盟Sematach負(fù)責(zé)人經(jīng)理TomJefferson曾表示，計(jì)劃從2013年年中至2014年初，將在紐約阿爾巴尼建立一條完整的18英寸生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線采用50中不同的設(shè)備類型。
然而這個(gè)18英寸聯(lián)盟成員卻目的各不相同，計(jì)劃中的50個(gè)設(shè)備類型來(lái)自不同的供應(yīng)商，目的主要是數(shù)據(jù)開發(fā)，以支持來(lái)自復(fù)雜供應(yīng)商的各種設(shè)備類型。
TomJefferson還認(rèn)為，非參與者，即聯(lián)盟之外的企業(yè)不太可能獲得很多18英寸的專利或者共享聯(lián)盟工作人員資源，以及不太可能享有和聯(lián)盟伙伴同樣的“財(cái)務(wù)杠桿伙伴關(guān)系”。
然而，即便是聯(lián)盟參與者，在晶圓良率測(cè)試方面也有優(yōu)先級(jí)，給人的印象是，不參加該計(jì)劃會(huì)降低生產(chǎn)線推廣的概率。
當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)已經(jīng)擔(dān)憂一些設(shè)備供應(yīng)商可能會(huì)選擇遠(yuǎn)離18英寸，專注于12英寸平臺(tái)的專業(yè)開發(fā)，8納米節(jié)點(diǎn)對(duì)18英寸來(lái)說走到了一個(gè)歷史節(jié)點(diǎn)，SEMI在2011年曾經(jīng)做出過這樣一個(gè)判斷：“后COMS時(shí)代18英尺晶圓將是主流尺寸。在15-20年內(nèi)，即使是MEMS、電源管理芯片等小批量成熟技術(shù)也可以遷移到18英寸廠”。不過SEMI還指出，一旦18英寸大規(guī)模上馬，會(huì)導(dǎo)致12英寸產(chǎn)能過剩，8英寸生產(chǎn)線的遷移也會(huì)受到影響。
CEA-Leti研究員MichelBrillouet給了當(dāng)時(shí)的歐盟委員會(huì)幾個(gè)建議，大力開發(fā)18英寸晶圓技術(shù)拓展，暫時(shí)擱置對(duì)摩爾定律極限的討論，或者擱置18英寸的開發(fā)，專注3D封裝和光刻機(jī)的研發(fā)。
不過18英寸最終戛然而止。
很長(zhǎng)時(shí)間里我們都在討論關(guān)于18英寸晶圓的東西。
目前大約有130家公司擁有6英寸晶圓廠，而擁有8英寸晶圓廠的公司不到90家,擁有12英寸晶圓廠的公司只有24家。
晶圓直徑越大，每片晶圓能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量就越多，采用大尺寸晶圓，增加的成本（主要在材料和制作工序上）并不高，但是可以大幅增加產(chǎn)量，從而降低單顆芯片的成本。從歷史數(shù)據(jù)來(lái)看，晶圓廠每一次采用大尺寸晶圓取代原有產(chǎn)線，單位面積生產(chǎn)成本可以降低20%。
18英寸晶圓的面積是12英寸晶圓的2.25倍。如果建造18英寸晶圓廠，其wpm輸出與12英寸晶圓廠相同，則需要的晶圓廠數(shù)量減少大約2.25倍（由于較低的邊緣芯片損失甚至更少），25個(gè)內(nèi)存晶圓廠變成11個(gè)內(nèi)存晶圓廠，100個(gè)邏輯或其他晶圓廠變成44個(gè)晶圓廠。這些是要建造的更易于管理的晶圓廠數(shù)量。
相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行晶圓廠所需的人員數(shù)量取決于晶圓的數(shù)量，由于晶圓的尺寸大數(shù)量少，晶圓廠所需的人數(shù)也會(huì)減少。
不幸的是，目前在18英寸晶圓產(chǎn)線發(fā)展上遇到了資金和技術(shù)的雙重壓力，導(dǎo)致晶圓廠向18英寸晶圓產(chǎn)線轉(zhuǎn)進(jìn)的速度急劇放緩。開發(fā)18英寸的努力已經(jīng)結(jié)束，唯一的18英寸晶圓廠已經(jīng)退役。18英寸的工作與過去的晶圓尺寸轉(zhuǎn)換不同，在150mm時(shí)，英特爾是領(lǐng)導(dǎo)轉(zhuǎn)型并支付大量工作費(fèi)用的公司，而在200mm時(shí)則是IBM。在12英寸時(shí)，設(shè)備公司承擔(dān)了很多成本，他們需要很長(zhǎng)時(shí)間才能收回投資。
50mm的成本再次被推到設(shè)備公司身上，他們非常不愿意接受這種情況。2014年，英特爾（18英寸的主要驅(qū)動(dòng)力之一）利用率低，42號(hào)晶圓廠閑置，因此他們將資源從18英寸撤下，臺(tái)積電也在18英寸上退讓，設(shè)備公司暫停開發(fā)工作，18英寸晶圓就此“死亡”。
在這一點(diǎn)上，重振18英寸可能為時(shí)已晚，ASML只是試圖生產(chǎn)足夠的EUV系統(tǒng)并將HighNA設(shè)備投入生產(chǎn)。12英寸的HighNAEUV系統(tǒng)已經(jīng)非常龐大——難以運(yùn)輸系統(tǒng)，制造更大的18英寸版本將是前所未有的工程挑戰(zhàn)。
半導(dǎo)體公司長(zhǎng)期以來(lái)一直在短視地壓榨供應(yīng)商的價(jià)格，這往往對(duì)自己的長(zhǎng)期不利。起始晶圓就是一個(gè)很好的例子，價(jià)格已經(jīng)被壓低到晶圓制造商投資新產(chǎn)能不經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)在該行業(yè)面臨短缺。現(xiàn)在，只有短缺驅(qū)動(dòng)的價(jià)格上漲才能最終使新的投資變得經(jīng)濟(jì)。
在接下來(lái)的十年中，由于我們?cè)谂p少環(huán)境足跡的同時(shí)可能使我們的行業(yè)翻倍排放碳足跡，使用18英寸晶圓會(huì)使得減少碳排放容易得多。
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