全球晶圆代工走向新分水岭

日期:2018-12-25/ 分类:产品分类

  波长更短的极紫外光(EUV)成为7nm以下制程的另一解方,以Samsung已导入EUV 的7nm LPP制程为例,光罩模块总数缩短约20%。

  当制程微缩图形变得复杂,曝光次数需增补,光罩成本也就跟着飙高;按照eBeam Initiative调查,厂商到7~10nm节点光罩层数平均来到76层,甚至有厂商来到逾100层,这也代外光罩成本激添,到7nm制程节点已非清淡中幼型IC设计厂商所能义务。

  不息以来半导体产业奉摩尔定律为圭臬,全力将线宽缩短,以便在芯片上塞入更多晶体管,固然晶圆代工价格也因制程微缩而随之上升,但越邃密的制程技术除了能切割出更多芯片外,也能升迁产品效能和降矮功耗,在良率限制得宜下,往往照样能获得寻求极致产品外现的客户采用,且随着经验累积和设备摊挑,将会让现下先辈制程技术成本不息下探,进而吸引更多新产品和新行使导入;但在物理极限下,先辈制程微缩变得越来越难得,技术难度挑高让晶圆代工厂的资本支付跟着增补,关键的微影制程为不息微缩瓶颈所在,有关设备成本也最为振奋,使得投入的晶圆代工厂商与客户缩短。

  从终端芯片来望,能够对芯片成本的升迁更有感,以每年搭载最先辈制程芯片的Apple iPhone为例,2018年新机iPhone XS Max搭载7nm制程A12 Bionic处理器,成正本到72美元,较2017年搭载10nm制程的A11 Bionic再贵上8%;而光芯片成本已直逼中阶智能型手机80~120美元团体BOM Cost。

  EUV虽能缩短光罩,并能降矮生产周期(Cycle Time)和晶圆弱点题目,但EUV设备所费不赀,ArF浸润式曝光机价格已要价约5,600~6,200万美元,EUV曝光机价格1台更是上望1.2亿美元,大幅垫高晶圆代工厂商资本支付,而EUV波长极短,能量很容易被原料摄取,光罩须重新设计为逆射式,成本也较为腾贵,EUV光源要达到250W和每幼时单位产出125片(WPH),才能达到半导体厂商量产最矮请求,现在ASML已突破此请求,但相较现在浸润式曝光机可达每幼时250片(WPH)的产出而言,仍有很大全力空间。

  EUV自己也还有光罩薄膜和光阻剂等挑衅待突破,所以台积电现在7nm制程仍操纵193i进走四重曝光(4P4E),预估第二代7nm制程才会在片面Layer操纵EUV。

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  腾贵的解方EUV

  除了光罩,IP授权与人事研发成本随着最先辈制程导入,成本更是节节提高,综相符EETAsia与Semico推想,清淡SoC IP授权与人事费用约1.5亿美元,而7nm将较10nm多出23%来到1.84亿美元,5nm节点更异日到2~2.5亿美元。

  晶圆代工厂商的先辈制程竞赛风起云涌来到7nm,但也有晶圆代工厂商就此打住,联电将止于12nm制程研发,GlobalFoundries宣告无限期休止7nm及以下先辈制程发展。不息以来,半导体产业为一连摩尔定律每隔18~24个月集成电路便为晶体管数现在和性能将翻倍升迁而全力,10nm及以下先辈制程成本有多高?让晶圆代工老二、老三的GlobalFoundries和联电纷纷作废发展念头。

  以前紫外光波长沿路从365nm挺进到现在以ArF气体雷射达到193nm,ArF 193nm曝光机原理上可制作的最幼线宽为48nm,添上浸润式微影与多重曝光的搭配,多晶圆代工厂的制程辛勤走到7nm节点,采用多重曝光技术仅能做单一倾向微缩,无法做2个倾向的微缩,影响单位面积下所能原谅的晶体管数目,添以所需光罩数与制程数大幅增补,以去随着制程微缩,每芯片成本随之消极情况已不复见。

  智能型手机的走动运算、服务器、绘图与原料中间等周围,仍受好于芯片微缩计算机运算效能升迁与耗电降矮的益处,但当成本也节节提高,并不是一切厂商都奋失踪臂身投入,现在宣告产品采用7nm的厂商Apple、Samsung、华为、NVIDIA与AMD等厂商若非前几大智能型手机品牌就是CPU/GPU主要大厂,为了产业上的领先地位,价格敏感度也较矮,也有较大生产量,才能分摊光罩、设计与制造等成本;当客户群荟萃在幼批,对非前几大晶圆代工厂商而言,不息进走先辈制程的投资,后续产能若无法填补,将面临极大的财务风险,这也是为何联电和GlobalFoundries纷纷在这场奈米竞赛休止脚步,以赚钱为优先。

  晶圆代工厂商的最大难关-微影技术

  微影技术透过紫外光当光源,将绘制在光罩上的电路图形微缩投影至涂布光阻的晶圆上,再通过曝光显影蚀刻去除光阻等过程,在晶圆产生集成电路。随着制程微缩线宽缩短,光罩也变得更为邃密,光源波长也需变短,以避免绕射效答产生。

  对IC制造与IC设计商而言,7nm以下制程越来越稀奇厂商玩得首。

  IC设计与品牌商同样面对的成本高墙