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谈谈没量产的18吋晶圆
来源:半导体行业观察 | 作者:L晨光 | 发布时间: 2022-08-15 | 842 次浏览 | 分享到:

多少年来,半导体业以遵循摩尔定律的技术发展为首要原动力。


在摩尔定律推动下,生产成本不断下降,也带来了技术革新。为了提高产品的生产效率和利润,晶圆尺寸的扩大和芯片线宽的减小是集成电路行业技术进步的两条主线。


通常来讲,半导体行业每十年升级fab架构来增加晶圆直径,而同时工艺制程则是保持在每两年一个节点的速度。随着纳米尺度逼近物理极限,工艺节点的技术进步已经放缓,晶圆尺寸的增加变得越来越重要。


晶圆尺寸越大则每片晶圆上可以制造的芯片数量就越多,从而制造成本就越低。


晶圆尺寸从早期的2英寸(50mm)、4英寸(100mm),发展到6英寸(150mm)、8英寸(200mm)和12英寸(300mm),大约每10年升级一次。


1991年业界开始投产200mm晶圆,2001年左右起步向300mm晶圆过渡,依次类推,ITRS(国际半导体技术发展路线图)和摩尔定律都认为,2010年之后逐渐开始迈向450mm(18英寸)晶圆。


彼时,英特尔、三星和台积电等行业巨头都表示了肯定态度,为2012年过渡到450mm而做着准备,与制造设备、材料厂商开展协商以便供应设备和材料,同时进行有关标准化方面的工作。他们设想向450mm过渡就像以往向300mm过渡一样,可以增加向用户提供的价值,生产率翻番。


200mm晶圆到300mm的迁移,曾经让单位晶体管成本突破摩尔定律,产生了跃变。这也很好理解,越大的晶圆就能够切割出更多的Die,从而大大降低单晶体管的价格。据统计,每次提升晶圆尺寸,产出Die的数量至少提高一倍。


然而,一切理想中的优势和规划终究未能落地。有数据表明,当前一代晶圆变成主流,支持了大约 40% 的总产能时(从而可以维持健康的产能组合,成本足以支持不同的应用),新一代晶圆就会开始。



然而,目前世界上芯片的产能超过70%是12英寸晶圆,第一条12英寸Fab线迄今已近二十年,我们却尚未看到下一代18英寸晶圆厂的出现。


那么,18英寸的计划究竟为什么“胎死腹中”?


18英寸晶圆往事


萌芽

早在2004年,在芯片联盟International Sematech主办的全球经济研讨会上,时任美国应用材料公司常务董事Iddo Hadar发言说:“半导体产业在向450mm晶圆方向前进,450mm晶圆厂将在2011-2015年出现。”


2007年,ISMI(国际半导体技术制造协会)强调,在摩尔定律的指引下,未来生产成本需要降低30%,产品生产周期需要改善50%,而这种需求只有过渡到450mm晶圆尺寸才能做到。