启闳半导体科技(江苏)有限公司QiHong Semicon TECHNOLOGY (JIANGSU) CO.,LTD
如今,工艺制程都发展到了3nm,却仍未见到450mm晶圆的身影,甚至都没有看到行业厂商在450mm晶圆上的规划。
归结其原因,无外乎成本、良率、产业链配套等方面存在不足。
18英寸晶圆的主要挑战是什么?
成本巨大
商人往往是无利不起早的,既然450mm能够降低Die的成本,那大家为什么不积极布局呢?
18英寸晶圆已经被证明是一个“海市蜃楼”,在业界放弃这个想法之前,已经做了大量的开发工作,成本问题成为企业纷纷退出的关键因素。
晶圆代纪迁移的成本是巨大的。据推算,从150mm到200mm花了大约6 年,花费将近15亿美金;而从200mm到300mm则花了近10年时间,投入了116 亿美金,成本几乎上涨了近8倍。而要进化到450mm,将耗费设备商们超过1000亿美元的巨额研发成本。
同时,设备成本和时间成本减缓了晶圆尺寸迈向18英寸的脚步。虽然450mm晶圆的面积是300mm的2倍多,但生产时间上要远大于2倍时长。
SEMI曾预测每个450mm晶圆厂将耗资100亿美元,但单位面积芯片成本只下降8%。高额的资金压力,以及并不显著的良率和效率的提升,使得行业减缓了向450mm迈进的步伐。
然而资金问题并不是450mm项目面临的唯一难题。450mm规格转换的时间点,与节点制程与EUV光刻技术升级的时间点相互撞车则是另外一个不确定负面因素。
良率挑战
且不说是否有合适的经济模型来模拟450mm的各种设备成本增加,以及各种生产效率和使用率,每一步的良率都是极其不可预测的变量。
从原理来看,晶圆是由硅锭加工而成的,通过专门的工艺可以在硅晶片上刻蚀出数以百万计的晶体管,被广泛应用于集成电路的制造。
假设晶圆本身工艺没问题且同种芯片的良率稳定,那么晶圆直径越大,晶圆利用率就越高,可产出的芯片数就越多,每个芯片的成本也就越低。这也是晶圆厂向更大直径晶圆制造技术发展的原因。
但实际中,晶圆尺寸越大,对微电子工艺、设备、材料的要求也就越高。因为约75%的硅晶片采用直拉法进行生产,在结晶过程中,直径越大,可能由于旋转速度不稳定导致晶格结构缺陷的可能性越大。
同时,晶圆直径越大就意味着重量越大,边缘处就更容易出现翘曲的情况。因此,晶圆越大,良品率越低,晶圆单位面积成本越高。
因此,通过增大晶圆尺寸降低的成本不能弥补大直径导致晶圆不良率增加成本的时候,选用更大尺寸的晶圆进行生产就变得不经济。
产业链配合力度
从行业规律来看,向更大晶圆尺寸进军,给较小的市场玩家设置了进入壁垒。从芯片制造厂商方面看,大约有130 家公司拥有150mm晶圆厂,而拥有200mm晶圆厂的公司不到90家,拥有300mm晶圆厂的公司只有24家。