eng
Выпуск #3/2008
В.Юдинцев.
Мировая микроэлектроника. Современное состояние и тенденции развития. Часть 1
Мировая микроэлектроника. Современное состояние и тенденции развития. Часть 1
Просмотры: 4559
Транзистор – одно из важнейших изобретений ХХ столетия, повлекшее за собой появление полупроводниковых приборов и микросхем. Эти устройства стали основой электронных систем и привели к проникновению электроники во все важнейшие для жизнедеятельности человека отрасли – энергетику, транспорт, связь, здравоохранение. Развитие микроэлектроники невозможно без постоянного совершенствования научного понимания свойств полупроводниковых материалов и приборов, а также технологических процессов, необходимых для изготовления современных изделий. И даже неискушенный потребитель не может не оценить "изобретательность" полупроводниковой промышленности. Возникают ли задачи масштабирования приборов и микросхем вплоть до нанометровых размеров, или увеличения производительности технологических операций, или ввода бизнес-модели предприятия, позволяющей успешно компенсировать высокие затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, полупроводниковая промышленность из года в год успешно находит их решение.
Главная :: Выпуски 2008 года
Выпуск № 3/2008 :: Экономика + бизнес
Все объявления
ЯндексДирект
Дать объявление
Журналы учета проверок и контроля
Журналы учета проверок юридического лица, контрольный журнал, проверяющих
Адрес и телефон · cityblank.ru · Москва
Газовые анализаторы
Газовые анализаторы и индикаторные трубки от производителя ЗАО "Крисмас+"
Адрес и телефон · www.christmas-plus.ru
Оборудование найдете за 10 секунд
Не тратьте время зря - просто зайдите на YPAG.RU
www.ypag.ru
Анализ размеров частиц. КНР
Сухая и мокрая диспергация. Распределение по размерам. Воспроизводимость.EN
Адрес и телефон · www.bettersize.com
В.Юдинцев.
Мировая микроэлектроника.
Современное состояние и тенденции развития. Часть 1
Загрузить полную версию статьи в формате .pdf (410 кб) Pdf
Транзистор – одно из важнейших изобретений ХХ столетия, повлекшее за собой появление полупроводниковых приборов и микросхем. Эти устройства стали основой электронных систем и привели к проникновению электроники во все важнейшие для жизнедеятельности человека отрасли – энергетику, транспорт, связь, здравоохранение. Развитие микроэлектроники невозможно без постоянного совершенствования научного понимания свойств полупроводниковых материалов и приборов, а также технологических процессов, необходимых для изготовления современных изделий. И даже неискушенный потребитель не может не оценить "изобретательность" полупроводниковой промышленности. Возникают ли задачи масштабирования приборов и микросхем вплоть до нанометровых размеров, или увеличения производительности технологических операций, или ввода бизнес-модели предприятия, позволяющей успешно компенсировать высокие затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, полупроводниковая промышленность из года в год успешно находит их решение.
Электронная промышленность – стратегически важнейшая современная отрасль во всех странах мира. На ее долю приходится ~3,5% мирового ВВП. Развитие этой отрасли невозможно без совершенствования ее элементной базы, основа которой – современные полупроводниковые изделия. Производители полупроводниковых приборов постоянно увеличивают капитальные затраты на развитие полупроводниковой промышленности, совершенствование технологии и оборудования, требуемых для производства будущих поколений приборов (табл.1) [1]. Это хорошо видно на примере динамики капитальных затрат, отчисляемых на развитие микросхем ДОЗУ, долгое время являвшихся основными компонентами, определяющими достигнутый уровень технологии (рис.1).
В качестве примера развития технологии и темпов обновления оборудования можно привести завод Building 323 фирмы IBM в Ист-Фишкилле, который был отмечен традиционной ежегодной премией журнала Semiconductor International как лучший завод 2005 года [2]. Благодаря усовершенствованной АСУП производство микросхем на заводе не зависит от человеческого фактора. На заводе функционируют 12 междисциплинарных рабочих групп, каждая из которых отвечает за одну из ключевых платформ технология/оборудование. Каждая группа анализирует все составляющие потерь курируемой платформы и разрабатывает планы повышения производительности. В результате деятельности этих групп и эффективных методов управления технологическими процессами время цикла обработки сокращено более чем на 50% при увеличении производительности на 59%.
Специалисты предприятия освоили, аттестовали и нарастили производство разнообразных изделий с проектными нормами 180, 130, 90 и 65 нм* (рис.2).
Компании всех стран, объединяйтесь!
Упрощение сложности новых производственных процессов играет решающую роль в обеспечении жизнеспособности будущих технологий микроэлектроники. Но из-за резкого роста затрат на освоение новой технологии микросхем по мере их масштабирования (табл.2) решение все нарастающих проблем полупроводниковой промышленности в первую очередь требует объединения усилий и финансов различных производителей (в том числе и различных отраслей промышленности) [4]. Пример такого объединения – образованный компанией IBM альянс Common Platform (совместная платформа) [3–5]. В его состав вошли компании IBM, Chartered Semiconductor Manufacturing и Samsung Electronics, а также партнеры по альянсу совместных разработок – Infineon Technologies и Freescale Semiconductor. Недавно к альянсу присоединилась фирма STMicroelectronics. Цель компаний, входящих в платформу, – освоить к 2010 году 32-нм КМОП-технологию с использованием затворного диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной (высоким k), металлического затвора, напряженного кремния и диэлектрика со сверхнизким k при формировании межсоединений. Кроме того, планируется освоить второе поколение установок иммерсионной литографии, создать высококачественные аналоговые блоки цифровых средств связи и отработать технологию ВЧ КМОП-схем и встроенных ДОЗУ.
Производить 32-нм микросхемы должен завод Building 323. Компания IBM планирует начать квалификационные испытания микросхем в конце 2009 года. Фирмы Chartered и Samsung приступят к производству изделий с 32-нм проектными нормами на квартал позже.
Другой пример – объединение усилий "междисциплинных" компаний IBM и известного химического концерна BASF (Германия), заключивших соглашение на проведение совместных исследований специальных материалов, необходимых для создания 32-нм микросхем [6]. Работы будут проводиться на заводе в Йорктаун Хайтс (США) и на предприятии BASF в Людвигшафене (Германия). Этот союз не случаен. Переход к новому уровню проектных норм требует освоения новых материалов и технологических процессов (табл.3) [7]. А концерн BASF имеет многолетний опыт разработки химических реагентов для полупроводниковой и нанотехнологии.
Концерн BASF также присоединился к программе европейского Межуниверситетского Центра Микроэлектроники (Interuniversity Microectronics Center – IMEC), цель которой – разработка и выпуск на рынок к 2010 году моющих растворов и усовершенствованных металлических слоев для полупроводникового производства микросхем с 32-нм топологическими нормами [8].
450-мм заводы: быть или не быть?
В 2003 году в начале освоения промышленного производства микросхем с проектными нормами 90 нм существовало лишь несколько производственных линий по обработке пластин диаметром 300 мм. Но к концу 2005 года уже около 30 заводов работали с пластинами такого диаметра. Производительность их составляла 10 тыс.–30 тыс. пластин в месяц.
В последнее время активно обсуждается вопрос перехода к обработке пластин диаметром 450 мм. Согласно Международной программе развития технологии полупроводниковых приборов (International Technology Roadmap for Semiconductors – ITRS) 2005 года, обработка 450-мм пластин должна начаться в 2012–2014 годы. Чтобы обеспечить выполнение этого плана, на конференции Semicon West 2007 Международная производственная инициатива, предложенная консорциумом Sematech (International Sematech Manufacturing Initiaitve – ISMI), представила новую научно-исследовательскую программу перехода к производству микросхем на 450-мм пластинах – 450mm [9]. Цель ее – гарантировать эксплуатационную готовность 450-мм кремниевых пластин; обеспечить разработку общих руководящих документов и стандартов 450-мм завода; подготовить опытный испытательный стенд для тестирования 450-мм оборудования, в том числе и таких элементов и устройств, как кристаллодержатели, загрузочные порты, модули и др. Новая программа 450mm не отменяет ранее принятый ISMI проект 300mmPrime (300P), нацеленный на повышение производительности производства и сокращение длительности рабочего цикла 300-мм оборудования. Обе программы проводятся параллельно и предусматривают обеспечение совместимости установок двух типов. Большая часть мер, направленных на сокращение длительности рабочего цикла, которые разрабатываются по программе 300mmPrime, как ожидается, будут полезны и для 450-мм производства [10]. Программа 300P – ступенька для перехода к обработке 450-мм пластин, позволяющая снизить риски такого перехода. Конечные цели ISMI: снижение на 30% стоимости производства в пересчете на единицу площади пластины и сокращение длительности цикла на 50% [11].
Компании-поставщики полупроводникового технологического оборудования, которые только приходят в себя после затруднений, связанных с переходом промышленности к работе с 300-мм пластинами, заявляют, что новый переход к пластинам большего диаметра может разорить их. Опасения поставщиков оборудования основаны на опыте перехода к 300-мм пластинам, когда стоимость НИОКР по разработке оборудования возросла в девять раз по сравнению с затратами на создание 200-мм установок, а вместо прогнозировавшегося высокого спроса на новое оборудование неожиданно наступил резкий застой. Обещанный объем инвестиций так и остался на бумаге, а поставщики оказались практически один на один со всеми проблемами, связанными с разработкой и внедрением весьма дорогостоящего оборудования. Если издержки производства промышленных установок для обработки 450-мм пластин также увеличатся в девять раз, затраты производителей на выпуск такого оборудования превысят 100 млрд. долл. [12]. Маловероятно, что они смогут осилить разработку такого оборудования, даже если удастся снизить затраты до 20 млрд. долл. Разработка 450-мм оборудования потребует решения многих технических проблем, таких как увеличение толщины пластин, устранение их коробления и возникновение дефектов в результате термообработки. К тому же, многие поставщики технологического оборудования — это малые и средние фирмы с ограниченным бюджетом, которые не в состоянии окупить разработку 450-мм установок.
Серьезной проблемой является и получение прибыли на инвестированный капитал. Считается, что полупроводниковой промышленности потребуется 30 лет для того, чтобы окупить колоссальные инвестиции в освоение производства микросхем на 300-мм пластинах [13]. По мнению специалистов компании Applied Materials, срок окупаемости 450-мм технологии может превысить срок жизни предприятия. Поэтому отношение к переходу к 450-мм пластинам очень неоднозначное. Наиболее активными сторонниками скорейшего внедрения новой технологии являются представители так называемой "большой четверки" производителей микросхем – Intel, Samsung Electronics, Toshiba и Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC). По итогам третьего квартала 2007 года, объем продаж этих компаний на рынке полупроводниковых приборов составил 21 млрд. долл., или 80% общего объема продаж в 35 млрд. долл. Правда, лишь Intel, Samsung и, возможно, TSMC объявили, что готовы начать строительство 450-мм заводов в соответствии с планом ITRS. О возможности перехода к 450-мм технологии заявили фирмы IBM, Chartered, Powerchip, Qimonda, Promos, Elpida, Nanya, UMC, Micron, SMIC. По оценкам компании VLSI Research, переход к следующему поколению пластин может состояться не ранее 2020–2025 годов. Ряд изготовителей полупроводникового оборудования и приборов во главе с компанией Applied Materials, по мнению которой повышение эффективности существующих технологий более рационально с точки зрения снижения затрат, чем экстенсивное увеличение площади пластин, и вовсе сомневаются в целесообразности такого перехода, считая, что пластины диаметром 300 мм – конечный вариант пластин большого размера.
Несмотря на повышенное внимание, уделяемое проблемам освоения 450-мм производства, продолжается ввод в строй заводов по обработке как 300-мм, так и 200-мм пластин. По данным исследовательской компании The Information Network, в 2007 году в мире должны были запустить девять новых 300-мм заводов и еще 17 заводов – в 2008 году. Увеличат свои производственные мощности в 2008 году 55 заводов по обработке 300-мм пластин. В результате число ежемесячно поступающих на обработку пластин (2,1 млн.) увеличится на 680 тыс., т.е. производительность 300-мм заводов возрастет на 32% [14]. Согласно оценкам Международной промышленной полупроводниковой ассоциации SEMI, в результате появления 26 новых заводов по обработке 300-мм пластин в мире будут действовать 73 таких предприятия, и их общая производительность к концу 2008 года превысит 6,2 млн. пластин в год. Затраты на строительство 300-мм завода в 2008 году, по прогнозам SEMI, возрастут на 40% и достигнут рекордного уровня в 10 млрд. долл. Наибольшие суммы на строительство 300-мм заводов отчисляют компании Тайваня и Японии – 30 и 20% от общих мировых затрат, соответственно. Третье место занимает Китай – 16% [15]. Вполне возможно, что в эру 450-мм пластин сохранится большое число заводов по обработке 300-мм пластин.
Новые методы оценки сегментации рынка
Существуют различные методы сегментации рынка технологического оборудования: по технологическому назначению (например, установки литографии), по регионам или по профилю компаний, закупающих оборудование. В последнее время поставщики оборудования стали уделять больше внимания конечному назначению изделия заказчика, поскольку его потребности в основном определяются областью применения выпускаемой им продукции. Действительно, ведь именно конкретные области применения электронных устройств определяют направления развития технологического оборудования. С учетом растущей потребности в таких данных, компания VLSI Research сформировала базу данных продажи оборудования в зависимости от специализации заказчика [16]. Категории заказчиков распределились следующим образом:
* полупроводниковые кремниевые заводы/субподрядчики (ПЗ/С). Эта категория заказчиков приобретает технологическое оборудования (заводы), а также тестовое и сборочное оборудование (субподрядчики);
* вертикально интегрированные фирмы (IDM), ведущие разработку, проектирование, производство и маркетинг схем памяти;
* IDM, выпускающие системы на кристалле (System-on-Chip – SoC). Эта категория подразделяется на подтипы в зависимости от применения SoC: вычислительная техника, системы связи, бытовая техника и другие;
* фирмы, выпускающие аналоговые схемы, дискретные и прочие полупроводниковые приборы.
Анализ рынка полупроводниковых приборов в 2006 году показал, что самыми крупными покупателями технологического оборудования были IDM, производящие схемы памяти. На их долю в стоимостном выражении пришлось 40% продаж новых системы. Доля IDM, выпускающих SoC, составила 33%, ПЗ/С – 20%, изготовителей аналоговых схем, дискретных и прочих полупроводниковых приборов – 6%. В 2006 году интегрированные фирмы, выпускающие схемы памяти, приобрели 43% представленного на рынке оборудования для обработки пластин (установки литографии, ионной имплантации, химической механической полировки, осаждения, травления и очистки и др.). Кроме того, они закупили треть оборудования тестирования, включая автоматизированные тестовые системы, диагностическое оборудование, средства транспортировки материалов и деталей, средства АСУП и ПО. По объему закупок сборочного оборудования IDM схем памяти уступили только кремниевым заводам и субподрядчикам.
Эти данные показывают, что в 2006 году главным двигателем роста выпуска полупроводникового оборудования были схемы памяти, тогда как в 2001 году крупнейшими покупателями стали IDM, выпускающие SoC. В 2002–2004 годы доля продаж оборудования для изготовителей SoC составляла ~40%. В 2005 году в связи с ростом спроса на флэш-память NAND-типа лидерами по закупке технологического оборудования стали IDM, выпускающие схемы памяти (рис.3).
Существенных изменений структуры заказчиков полупроводникового оборудования не предвидится, по крайней мере, до 2009 года. По-прежнему, крупнейшими инвесторами в новое оборудование останутся IDM схем памяти и SoC. Они просто вынуждены будут закупать оборудование, с тем чтобы выполнять требования соответствующих разделов программы ITRS. Доля продаж оборудования для ПЗ/С, по-видимому, будет близка к 20% общего объема продаж оборудования, и эта категория потребителей останется важным стимулятором наращивания производства технологического оборудования.
Проблемы кремниевых заводов
Кремниевые заводы сегодня – неотъемлемая часть всей цепи поставок полупроводниковых приборов и позитивно влияют на жизнеспособность всей полупроводниковой промышленности. Для дальнейшего развития кремниевых заводов важно предотвратить преобразование изначально уникального изделия в стандартный, массовый товар (дешевый и общедоступный). А это требует новой модели взаимоотношений между ПЗ и заказчиком (рис.4), предусматривающей одновременное проектирование и определение требуемого технологического оборудования на ранней стадии разработки изделия заказчика. Для успешного развития такого сотрудничества, особенно при проектировании изделий с нанометровыми технологическими нормами, необходим гораздо больший, чем сейчас, обмен информацией, включающей данные о проектных нормах и SPICE-программу ПЗ., а также оптимизация конструкции и технологических процессов. Уровень доверия между сторонами должен быть высоким, и при этом необходимо обеспечить защиту информации. Такая модель сотрудничества предоставляет заказчикам большие возможности для достижения требуемого соотношения стоимость–рабочие характеристики и своевременного выхода на рынок. Для оптимизации конструкции и обеспечения максимального выхода годных разработчикам уже на ранних этапах проектирования необходима информация, касающаяся влияния вариации режимов производства на разброс параметров изделия, т.е. проектировать следует с учетом требований технологии изготовления изделия и сборки (design-for-manufacturing – DFM). Для успешной реализации DFM при проектировании конкретной схемы необходима соответствующая экосистема, в которую входят средства САПР, IP-блоки, библиотеки и сервисные услуги, совместимые с возможностями завода. Такая экосистема гарантирует возможность использования данных кремниевого завода при проектировании схемы любой конструкции независимо от применяемых IP-блоков, собственной или сторонней разработки.
Для реализации такой системы на заводе необходимы квалифицированные специалисты в области проектирования, способные обеспечить совместимость IP-блоков внешних источников с технологическими возможностями завода. При таком подходе кремниевые заводы могут сыграть важную роль в упрощении конструкции и сокращении сроков освоения производства, что, несомненно, выгодно заказчику. Установление тесных контактов на ранней стадии сотрудничества позволяет инженерам кремниевого завода при разработке технологического маршрута лучше понять и учесть требования заказчика к стоимости, потребляемой мощности, характеристикам и качеству изделия, а заказчику – понять требования к прибору с точки зрения технологии изготовления и своевременного освоения производства. Наконец, заводы могут предложить заказчику вертикально интегрированную технологию, включая средства проектирования, обработки пластин, сборки и тестирования конечного изделия, и обеспечить своевременную поставку изделий на рынок.
Литература
1. LaPedus M. Down year seen for fab-tool makers in ’08. www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=202200675
2. Yario J. 2005 Top Fab: IBM. Semiconductor International, 12.01.2005.
3. LaPedus M. IBM, partners tip 32-nm pact. – www.eetimes.com/showArticle.jhtml;jsessionid=QJTTYLFERXF5QQSNDLOSKH0CJUNN2JVN?articleID=199701185
4. LaPedus M. Costs cast ICs into Darwinian struggle. –www.eetimes.com/news/semi/showArticle.jhtml;jsessionid=01BZ1Y512D0YUQSNDLOSKH0CJUNN2JVN?articleID=198701495
5. Taylor C. IBM, Chartered extend efforts to 32-nm CMOS. – Electronic News 26.02.2007 – www.spweekly.com/issue923.pdf A.S.
6. Mutschler A. IBM, BASF to develop chemicals, materials for 32-nm. –Electronic News, 22.06.2007.
7. Iwai H. Semiconductor Manufacturing Technology in the 21st Century. – International Symposium on VLSI Technology, Systems, and Applications. April 2006, p.1–17.
8. Ch. Hammerschmidt. BASF joins IMEC’s 32-nm chemicals research program. www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=202300823
9. LaPedus M. Sematech launches 450-mm fab program. www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=2011001735
10. Singer P. Transitioning to 450 mm Wafers. Semiconductor International. – 07.01.2006.
11. Lammers D. NGF Plan Seeks Reducaed Furst Wafer Delay/ – Semiconductor International, 07.01.2006.– www.semiconductro.net
12. LaPedus M. Sematech 450-mm plan riles fab tool makers. www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=201200239
13. LaPedus M. Soaring tool costs to delay 450-mm fabs. www.eetimes.cm/showArticle.jhtml?articleID=169400259
14. A-F Pele. 26 new 300-mm fabs to operate by 2008. –www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=201201955
15. 300-mm fab capacity to double . – www.eetimes.com/showArticle.jhtml;jsessionid=UXQ0WMVEIUAXGQSNDLOSKH0CJUNN2JVN?articleID=201301688
16. Jebens A. Another Way to Evaluate Market Segmentation.– Semiconductor International, 09.01.2007. – www.semiconductro.net
Предыдущая статья:
Методы повышения точности импульсных лазерных дальномеров Содержание Следующая статья:
Транзистор – наше все. К истории великого открытия. Часть 2
Оставить комментарий >
Имя: (обязательно)
E-mail: (не публикуется)
Комментарий:
Введите
контрольный код: Cryptographp PictureReload
Выпуск № 3/2008 :: Экономика + бизнес
Все объявления
ЯндексДирект
Дать объявление
Журналы учета проверок и контроля
Журналы учета проверок юридического лица, контрольный журнал, проверяющих
Адрес и телефон · cityblank.ru · Москва
Газовые анализаторы
Газовые анализаторы и индикаторные трубки от производителя ЗАО "Крисмас+"
Адрес и телефон · www.christmas-plus.ru
Оборудование найдете за 10 секунд
Не тратьте время зря - просто зайдите на YPAG.RU
www.ypag.ru
Анализ размеров частиц. КНР
Сухая и мокрая диспергация. Распределение по размерам. Воспроизводимость.EN
Адрес и телефон · www.bettersize.com
В.Юдинцев.
Мировая микроэлектроника.
Современное состояние и тенденции развития. Часть 1
Загрузить полную версию статьи в формате .pdf (410 кб) Pdf
Транзистор – одно из важнейших изобретений ХХ столетия, повлекшее за собой появление полупроводниковых приборов и микросхем. Эти устройства стали основой электронных систем и привели к проникновению электроники во все важнейшие для жизнедеятельности человека отрасли – энергетику, транспорт, связь, здравоохранение. Развитие микроэлектроники невозможно без постоянного совершенствования научного понимания свойств полупроводниковых материалов и приборов, а также технологических процессов, необходимых для изготовления современных изделий. И даже неискушенный потребитель не может не оценить "изобретательность" полупроводниковой промышленности. Возникают ли задачи масштабирования приборов и микросхем вплоть до нанометровых размеров, или увеличения производительности технологических операций, или ввода бизнес-модели предприятия, позволяющей успешно компенсировать высокие затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, полупроводниковая промышленность из года в год успешно находит их решение.
Электронная промышленность – стратегически важнейшая современная отрасль во всех странах мира. На ее долю приходится ~3,5% мирового ВВП. Развитие этой отрасли невозможно без совершенствования ее элементной базы, основа которой – современные полупроводниковые изделия. Производители полупроводниковых приборов постоянно увеличивают капитальные затраты на развитие полупроводниковой промышленности, совершенствование технологии и оборудования, требуемых для производства будущих поколений приборов (табл.1) [1]. Это хорошо видно на примере динамики капитальных затрат, отчисляемых на развитие микросхем ДОЗУ, долгое время являвшихся основными компонентами, определяющими достигнутый уровень технологии (рис.1).
В качестве примера развития технологии и темпов обновления оборудования можно привести завод Building 323 фирмы IBM в Ист-Фишкилле, который был отмечен традиционной ежегодной премией журнала Semiconductor International как лучший завод 2005 года [2]. Благодаря усовершенствованной АСУП производство микросхем на заводе не зависит от человеческого фактора. На заводе функционируют 12 междисциплинарных рабочих групп, каждая из которых отвечает за одну из ключевых платформ технология/оборудование. Каждая группа анализирует все составляющие потерь курируемой платформы и разрабатывает планы повышения производительности. В результате деятельности этих групп и эффективных методов управления технологическими процессами время цикла обработки сокращено более чем на 50% при увеличении производительности на 59%.
Специалисты предприятия освоили, аттестовали и нарастили производство разнообразных изделий с проектными нормами 180, 130, 90 и 65 нм* (рис.2).
Компании всех стран, объединяйтесь!
Упрощение сложности новых производственных процессов играет решающую роль в обеспечении жизнеспособности будущих технологий микроэлектроники. Но из-за резкого роста затрат на освоение новой технологии микросхем по мере их масштабирования (табл.2) решение все нарастающих проблем полупроводниковой промышленности в первую очередь требует объединения усилий и финансов различных производителей (в том числе и различных отраслей промышленности) [4]. Пример такого объединения – образованный компанией IBM альянс Common Platform (совместная платформа) [3–5]. В его состав вошли компании IBM, Chartered Semiconductor Manufacturing и Samsung Electronics, а также партнеры по альянсу совместных разработок – Infineon Technologies и Freescale Semiconductor. Недавно к альянсу присоединилась фирма STMicroelectronics. Цель компаний, входящих в платформу, – освоить к 2010 году 32-нм КМОП-технологию с использованием затворного диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной (высоким k), металлического затвора, напряженного кремния и диэлектрика со сверхнизким k при формировании межсоединений. Кроме того, планируется освоить второе поколение установок иммерсионной литографии, создать высококачественные аналоговые блоки цифровых средств связи и отработать технологию ВЧ КМОП-схем и встроенных ДОЗУ.
Производить 32-нм микросхемы должен завод Building 323. Компания IBM планирует начать квалификационные испытания микросхем в конце 2009 года. Фирмы Chartered и Samsung приступят к производству изделий с 32-нм проектными нормами на квартал позже.
Другой пример – объединение усилий "междисциплинных" компаний IBM и известного химического концерна BASF (Германия), заключивших соглашение на проведение совместных исследований специальных материалов, необходимых для создания 32-нм микросхем [6]. Работы будут проводиться на заводе в Йорктаун Хайтс (США) и на предприятии BASF в Людвигшафене (Германия). Этот союз не случаен. Переход к новому уровню проектных норм требует освоения новых материалов и технологических процессов (табл.3) [7]. А концерн BASF имеет многолетний опыт разработки химических реагентов для полупроводниковой и нанотехнологии.
Концерн BASF также присоединился к программе европейского Межуниверситетского Центра Микроэлектроники (Interuniversity Microectronics Center – IMEC), цель которой – разработка и выпуск на рынок к 2010 году моющих растворов и усовершенствованных металлических слоев для полупроводникового производства микросхем с 32-нм топологическими нормами [8].
450-мм заводы: быть или не быть?
В 2003 году в начале освоения промышленного производства микросхем с проектными нормами 90 нм существовало лишь несколько производственных линий по обработке пластин диаметром 300 мм. Но к концу 2005 года уже около 30 заводов работали с пластинами такого диаметра. Производительность их составляла 10 тыс.–30 тыс. пластин в месяц.
В последнее время активно обсуждается вопрос перехода к обработке пластин диаметром 450 мм. Согласно Международной программе развития технологии полупроводниковых приборов (International Technology Roadmap for Semiconductors – ITRS) 2005 года, обработка 450-мм пластин должна начаться в 2012–2014 годы. Чтобы обеспечить выполнение этого плана, на конференции Semicon West 2007 Международная производственная инициатива, предложенная консорциумом Sematech (International Sematech Manufacturing Initiaitve – ISMI), представила новую научно-исследовательскую программу перехода к производству микросхем на 450-мм пластинах – 450mm [9]. Цель ее – гарантировать эксплуатационную готовность 450-мм кремниевых пластин; обеспечить разработку общих руководящих документов и стандартов 450-мм завода; подготовить опытный испытательный стенд для тестирования 450-мм оборудования, в том числе и таких элементов и устройств, как кристаллодержатели, загрузочные порты, модули и др. Новая программа 450mm не отменяет ранее принятый ISMI проект 300mmPrime (300P), нацеленный на повышение производительности производства и сокращение длительности рабочего цикла 300-мм оборудования. Обе программы проводятся параллельно и предусматривают обеспечение совместимости установок двух типов. Большая часть мер, направленных на сокращение длительности рабочего цикла, которые разрабатываются по программе 300mmPrime, как ожидается, будут полезны и для 450-мм производства [10]. Программа 300P – ступенька для перехода к обработке 450-мм пластин, позволяющая снизить риски такого перехода. Конечные цели ISMI: снижение на 30% стоимости производства в пересчете на единицу площади пластины и сокращение длительности цикла на 50% [11].
Компании-поставщики полупроводникового технологического оборудования, которые только приходят в себя после затруднений, связанных с переходом промышленности к работе с 300-мм пластинами, заявляют, что новый переход к пластинам большего диаметра может разорить их. Опасения поставщиков оборудования основаны на опыте перехода к 300-мм пластинам, когда стоимость НИОКР по разработке оборудования возросла в девять раз по сравнению с затратами на создание 200-мм установок, а вместо прогнозировавшегося высокого спроса на новое оборудование неожиданно наступил резкий застой. Обещанный объем инвестиций так и остался на бумаге, а поставщики оказались практически один на один со всеми проблемами, связанными с разработкой и внедрением весьма дорогостоящего оборудования. Если издержки производства промышленных установок для обработки 450-мм пластин также увеличатся в девять раз, затраты производителей на выпуск такого оборудования превысят 100 млрд. долл. [12]. Маловероятно, что они смогут осилить разработку такого оборудования, даже если удастся снизить затраты до 20 млрд. долл. Разработка 450-мм оборудования потребует решения многих технических проблем, таких как увеличение толщины пластин, устранение их коробления и возникновение дефектов в результате термообработки. К тому же, многие поставщики технологического оборудования — это малые и средние фирмы с ограниченным бюджетом, которые не в состоянии окупить разработку 450-мм установок.
Серьезной проблемой является и получение прибыли на инвестированный капитал. Считается, что полупроводниковой промышленности потребуется 30 лет для того, чтобы окупить колоссальные инвестиции в освоение производства микросхем на 300-мм пластинах [13]. По мнению специалистов компании Applied Materials, срок окупаемости 450-мм технологии может превысить срок жизни предприятия. Поэтому отношение к переходу к 450-мм пластинам очень неоднозначное. Наиболее активными сторонниками скорейшего внедрения новой технологии являются представители так называемой "большой четверки" производителей микросхем – Intel, Samsung Electronics, Toshiba и Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC). По итогам третьего квартала 2007 года, объем продаж этих компаний на рынке полупроводниковых приборов составил 21 млрд. долл., или 80% общего объема продаж в 35 млрд. долл. Правда, лишь Intel, Samsung и, возможно, TSMC объявили, что готовы начать строительство 450-мм заводов в соответствии с планом ITRS. О возможности перехода к 450-мм технологии заявили фирмы IBM, Chartered, Powerchip, Qimonda, Promos, Elpida, Nanya, UMC, Micron, SMIC. По оценкам компании VLSI Research, переход к следующему поколению пластин может состояться не ранее 2020–2025 годов. Ряд изготовителей полупроводникового оборудования и приборов во главе с компанией Applied Materials, по мнению которой повышение эффективности существующих технологий более рационально с точки зрения снижения затрат, чем экстенсивное увеличение площади пластин, и вовсе сомневаются в целесообразности такого перехода, считая, что пластины диаметром 300 мм – конечный вариант пластин большого размера.
Несмотря на повышенное внимание, уделяемое проблемам освоения 450-мм производства, продолжается ввод в строй заводов по обработке как 300-мм, так и 200-мм пластин. По данным исследовательской компании The Information Network, в 2007 году в мире должны были запустить девять новых 300-мм заводов и еще 17 заводов – в 2008 году. Увеличат свои производственные мощности в 2008 году 55 заводов по обработке 300-мм пластин. В результате число ежемесячно поступающих на обработку пластин (2,1 млн.) увеличится на 680 тыс., т.е. производительность 300-мм заводов возрастет на 32% [14]. Согласно оценкам Международной промышленной полупроводниковой ассоциации SEMI, в результате появления 26 новых заводов по обработке 300-мм пластин в мире будут действовать 73 таких предприятия, и их общая производительность к концу 2008 года превысит 6,2 млн. пластин в год. Затраты на строительство 300-мм завода в 2008 году, по прогнозам SEMI, возрастут на 40% и достигнут рекордного уровня в 10 млрд. долл. Наибольшие суммы на строительство 300-мм заводов отчисляют компании Тайваня и Японии – 30 и 20% от общих мировых затрат, соответственно. Третье место занимает Китай – 16% [15]. Вполне возможно, что в эру 450-мм пластин сохранится большое число заводов по обработке 300-мм пластин.
Новые методы оценки сегментации рынка
Существуют различные методы сегментации рынка технологического оборудования: по технологическому назначению (например, установки литографии), по регионам или по профилю компаний, закупающих оборудование. В последнее время поставщики оборудования стали уделять больше внимания конечному назначению изделия заказчика, поскольку его потребности в основном определяются областью применения выпускаемой им продукции. Действительно, ведь именно конкретные области применения электронных устройств определяют направления развития технологического оборудования. С учетом растущей потребности в таких данных, компания VLSI Research сформировала базу данных продажи оборудования в зависимости от специализации заказчика [16]. Категории заказчиков распределились следующим образом:
* полупроводниковые кремниевые заводы/субподрядчики (ПЗ/С). Эта категория заказчиков приобретает технологическое оборудования (заводы), а также тестовое и сборочное оборудование (субподрядчики);
* вертикально интегрированные фирмы (IDM), ведущие разработку, проектирование, производство и маркетинг схем памяти;
* IDM, выпускающие системы на кристалле (System-on-Chip – SoC). Эта категория подразделяется на подтипы в зависимости от применения SoC: вычислительная техника, системы связи, бытовая техника и другие;
* фирмы, выпускающие аналоговые схемы, дискретные и прочие полупроводниковые приборы.
Анализ рынка полупроводниковых приборов в 2006 году показал, что самыми крупными покупателями технологического оборудования были IDM, производящие схемы памяти. На их долю в стоимостном выражении пришлось 40% продаж новых системы. Доля IDM, выпускающих SoC, составила 33%, ПЗ/С – 20%, изготовителей аналоговых схем, дискретных и прочих полупроводниковых приборов – 6%. В 2006 году интегрированные фирмы, выпускающие схемы памяти, приобрели 43% представленного на рынке оборудования для обработки пластин (установки литографии, ионной имплантации, химической механической полировки, осаждения, травления и очистки и др.). Кроме того, они закупили треть оборудования тестирования, включая автоматизированные тестовые системы, диагностическое оборудование, средства транспортировки материалов и деталей, средства АСУП и ПО. По объему закупок сборочного оборудования IDM схем памяти уступили только кремниевым заводам и субподрядчикам.
Эти данные показывают, что в 2006 году главным двигателем роста выпуска полупроводникового оборудования были схемы памяти, тогда как в 2001 году крупнейшими покупателями стали IDM, выпускающие SoC. В 2002–2004 годы доля продаж оборудования для изготовителей SoC составляла ~40%. В 2005 году в связи с ростом спроса на флэш-память NAND-типа лидерами по закупке технологического оборудования стали IDM, выпускающие схемы памяти (рис.3).
Существенных изменений структуры заказчиков полупроводникового оборудования не предвидится, по крайней мере, до 2009 года. По-прежнему, крупнейшими инвесторами в новое оборудование останутся IDM схем памяти и SoC. Они просто вынуждены будут закупать оборудование, с тем чтобы выполнять требования соответствующих разделов программы ITRS. Доля продаж оборудования для ПЗ/С, по-видимому, будет близка к 20% общего объема продаж оборудования, и эта категория потребителей останется важным стимулятором наращивания производства технологического оборудования.
Проблемы кремниевых заводов
Кремниевые заводы сегодня – неотъемлемая часть всей цепи поставок полупроводниковых приборов и позитивно влияют на жизнеспособность всей полупроводниковой промышленности. Для дальнейшего развития кремниевых заводов важно предотвратить преобразование изначально уникального изделия в стандартный, массовый товар (дешевый и общедоступный). А это требует новой модели взаимоотношений между ПЗ и заказчиком (рис.4), предусматривающей одновременное проектирование и определение требуемого технологического оборудования на ранней стадии разработки изделия заказчика. Для успешного развития такого сотрудничества, особенно при проектировании изделий с нанометровыми технологическими нормами, необходим гораздо больший, чем сейчас, обмен информацией, включающей данные о проектных нормах и SPICE-программу ПЗ., а также оптимизация конструкции и технологических процессов. Уровень доверия между сторонами должен быть высоким, и при этом необходимо обеспечить защиту информации. Такая модель сотрудничества предоставляет заказчикам большие возможности для достижения требуемого соотношения стоимость–рабочие характеристики и своевременного выхода на рынок. Для оптимизации конструкции и обеспечения максимального выхода годных разработчикам уже на ранних этапах проектирования необходима информация, касающаяся влияния вариации режимов производства на разброс параметров изделия, т.е. проектировать следует с учетом требований технологии изготовления изделия и сборки (design-for-manufacturing – DFM). Для успешной реализации DFM при проектировании конкретной схемы необходима соответствующая экосистема, в которую входят средства САПР, IP-блоки, библиотеки и сервисные услуги, совместимые с возможностями завода. Такая экосистема гарантирует возможность использования данных кремниевого завода при проектировании схемы любой конструкции независимо от применяемых IP-блоков, собственной или сторонней разработки.
Для реализации такой системы на заводе необходимы квалифицированные специалисты в области проектирования, способные обеспечить совместимость IP-блоков внешних источников с технологическими возможностями завода. При таком подходе кремниевые заводы могут сыграть важную роль в упрощении конструкции и сокращении сроков освоения производства, что, несомненно, выгодно заказчику. Установление тесных контактов на ранней стадии сотрудничества позволяет инженерам кремниевого завода при разработке технологического маршрута лучше понять и учесть требования заказчика к стоимости, потребляемой мощности, характеристикам и качеству изделия, а заказчику – понять требования к прибору с точки зрения технологии изготовления и своевременного освоения производства. Наконец, заводы могут предложить заказчику вертикально интегрированную технологию, включая средства проектирования, обработки пластин, сборки и тестирования конечного изделия, и обеспечить своевременную поставку изделий на рынок.
Литература
1. LaPedus M. Down year seen for fab-tool makers in ’08. www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=202200675
2. Yario J. 2005 Top Fab: IBM. Semiconductor International, 12.01.2005.
3. LaPedus M. IBM, partners tip 32-nm pact. – www.eetimes.com/showArticle.jhtml;jsessionid=QJTTYLFERXF5QQSNDLOSKH0CJUNN2JVN?articleID=199701185
4. LaPedus M. Costs cast ICs into Darwinian struggle. –www.eetimes.com/news/semi/showArticle.jhtml;jsessionid=01BZ1Y512D0YUQSNDLOSKH0CJUNN2JVN?articleID=198701495
5. Taylor C. IBM, Chartered extend efforts to 32-nm CMOS. – Electronic News 26.02.2007 – www.spweekly.com/issue923.pdf A.S.
6. Mutschler A. IBM, BASF to develop chemicals, materials for 32-nm. –Electronic News, 22.06.2007.
7. Iwai H. Semiconductor Manufacturing Technology in the 21st Century. – International Symposium on VLSI Technology, Systems, and Applications. April 2006, p.1–17.
8. Ch. Hammerschmidt. BASF joins IMEC’s 32-nm chemicals research program. www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=202300823
9. LaPedus M. Sematech launches 450-mm fab program. www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=2011001735
10. Singer P. Transitioning to 450 mm Wafers. Semiconductor International. – 07.01.2006.
11. Lammers D. NGF Plan Seeks Reducaed Furst Wafer Delay/ – Semiconductor International, 07.01.2006.– www.semiconductro.net
12. LaPedus M. Sematech 450-mm plan riles fab tool makers. www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=201200239
13. LaPedus M. Soaring tool costs to delay 450-mm fabs. www.eetimes.cm/showArticle.jhtml?articleID=169400259
14. A-F Pele. 26 new 300-mm fabs to operate by 2008. –www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=201201955
15. 300-mm fab capacity to double . – www.eetimes.com/showArticle.jhtml;jsessionid=UXQ0WMVEIUAXGQSNDLOSKH0CJUNN2JVN?articleID=201301688
16. Jebens A. Another Way to Evaluate Market Segmentation.– Semiconductor International, 09.01.2007. – www.semiconductro.net
Предыдущая статья:
Методы повышения точности импульсных лазерных дальномеров Содержание Следующая статья:
Транзистор – наше все. К истории великого открытия. Часть 2
Оставить комментарий >
Имя: (обязательно)
E-mail: (не публикуется)
Комментарий:
Введите
контрольный код: Cryptographp PictureReload
Отзывы читателей
