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Detrás de todos los nuevos gadgets y todas las aplicaciones geniales que ejecutamos se encuentran los procesadores, la memoria y otros componentes que hacen que los sistemas funcionen. Y detrás de todo eso está la tecnología de proceso de semiconductores: la compleja gama de diseños, herramientas, materiales y pasos de procesamiento necesarios para construir transistores de trabajo tan pequeños que 4.000 de ellos puedan caber en el ancho de un cabello humano y ensamblar miles de millones de ellos en un chip no más grande que tu uña.
Basado en el Semicon West de la semana pasada, el programa anual que se enfoca en la tecnología de procesos en lugar de los procesadores o dispositivos de usuario final, parece que toda la industria está preparada para mover la nueva producción a obleas de 450 mm, comenzando en los próximos cinco años..
Hoy en día, prácticamente todos los procesadores y la memoria importantes están hechos en obleas de 300 mm, de aproximadamente 12 pulgadas de ancho. Pero los fabricantes de chips más grandes han estado hablando durante años sobre el cambio a la tecnología de obleas de 450 mm, obleas de aproximadamente 18 pulgadas de ancho, porque estas obleas más grandes pueden contener más del doble de la cantidad de chips, pero con suerte costarán significativamente menos del doble que la fabricación de 300 mm.. Hasta hace poco, muchos de los proveedores de equipos habían estado arrastrando los pies porque el último gran movimiento de 200 mm a 300 mm terminó costándoles mucho en investigación y desarrollo con relativamente poco que demostrar. Pero ahora, al parecer, casi todos se están sumando a la idea.
En la conferencia, Paul A. Farrar, gerente general del Consorcio Global 450, un grupo de las principales empresas de fabricación de semiconductores, incluidas GlobalFoundries, Intel, IBM, Samsung y TSMC con sede en la Facultad de Ciencias e Ingeniería a nanoescala en Albany, mostró un hoja de ruta que incluyó demostraciones de 450 mm en 14 nm en 2013 a 2015 con el equipo listo para fabricantes de chips a 10 nm y más en 2015 a 2016.
Todos los grandes fabricantes estaban discutiendo herramientas de 450 mm. Nikon dijo que recibió un pedido del Consorcio G450 para un escáner de inmersión ArF de 450 mm de 193 nm para el desarrollo del proceso, y dijo que también recibió un pedido de un "fabricante de dispositivos principales" no identificado. ASML dijo que enviará litografía ultravioleta extrema (EUV) de 450 mm y herramientas de inmersión aproximadamente al mismo tiempo. Canon mostró lo que dijo que es la primera oblea de 450 mm con diseño óptico, mientras que Molecular Imprints mostró resultados para una oblea de 450 mm con su litografía de nanoimpresión.
Una cosa que parece estar impulsando esta transición es el creciente costo de fabricación en nodos más pequeños. Si bien la industria ha hablado sobre la litografía EUV durante años y ASML en particular ha estado citando mejoras, esto aún no está listo para la producción, ya que las herramientas actuales no permiten la velocidad y el volumen que requieren los fabricantes, en parte debido a problemas con La fuente de energía. ASML dice que ahora tiene 11 sistemas EUV en el campo y tiene planes para una nueva generación de herramientas con mejores fuentes de energía, pero nadie está haciendo una fabricación a gran escala con EUV porque las herramientas no son lo suficientemente rápidas y confiables.
En cambio, los fabricantes están utilizando las herramientas de inmersión actuales de 193 nm, y a 20 nm o menos, se ven obligados a usar las herramientas dos veces en capas críticas de la oblea para obtener la precisión que necesitan. Este patrón doble, y potencialmente patrón cuádruple, agrega tiempo y gastos a la fabricación de obleas.
Como el CEO de GlobalFoundries, Ajit Manocha, señaló en una nota clave, el costo de la litografía ya está comenzando a dominar los costos totales de fabricación de obleas. Con múltiples patrones en escáneres de inmersión, esto empeora aún más. "Necesitamos desesperadamente EUV y EUV todavía no está listo", dijo.
En otras áreas, Manocha habló sobre la necesidad de innovación de fundición en la era de la movilidad, discutiendo todo, desde el proceso FinFET 14XM de la compañía hasta otras técnicas como FD-SOI, nanocables y semiconductores compuestos III-V (esencialmente chips que usan materiales más exóticos).) Curiosamente, mencionó un posible cambio a FinFETs III-V en 2017 por 7 nm, aunque no parecía un compromiso específico.
Dijo que los mayores desafíos que enfrenta la industria son los económicos. En el nodo de 180 nm, solo había 15 capas de máscara; en los nodos de 20 nm / 14 nm, hay más de 60 capas de máscara, y cada capa ofrece más oportunidades de falla, cualquiera de las cuales puede hacer que una oblea entera sea inutilizable. "Todo esto realmente se suma", dijo, mostrando cómo el costo del diseño de chips a 130 nm (que era común en la vanguardia hace una década y todavía lo usan algunos chips de última generación) fue de $ 15 millones.; a 20 nm, es de $ 150 millones. Del mismo modo, el costo del diseño del proceso aumentó de $ 250 millones a $ 1.3 mil millones, y la fabulosa fabricación del chip aumentó de $ 1.45 mil millones a aproximadamente $ 6.7 mil millones en la actualidad.
Para combatir esto, otros proveedores de herramientas están hablando de técnicas más allá de la litografía, como el apilamiento de chips con vías de silicio (TSV) diseñadas para producir múltiples capas de chips; y nuevas herramientas para la deposición y remoción de materiales. Las compañías que incluyen materiales aplicados, LAM Research, Tokyo Electron y KLA-Tencor están impulsando sus soluciones.
En otras noticias del programa, Karen Savala, presidenta de SEMI Americas, habló sobre el "renacimiento" de la fabricación estadounidense y el papel de la industria de semiconductores, diciendo que la industria ahora representa 245, 000 empleos directos y aproximadamente un millón de empleos totales en el Cadena de suministro de los Estados Unidos.
SEMI espera que el gasto en equipos disminuya ligeramente este año, seguido de un aumento del 21 por ciento el año próximo, debido principalmente al gasto continuo de fundición para fabricación de 20 nm, el aumento de las nuevas plantas de fabricación flash NAND y la actualización de Intel de su fábrica en Irlanda.
