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18英寸晶圆技术路在何方?

18英寸晶圆的“海市蜃楼”。

十年前,18英寸晶圆技术曾是半导体产业内热议的话题,当时不少雄心勃勃的芯片公司投以重资,却纷纷铩羽而归。其中最大的原因是——成本。2004年,SEMI认为该领域需要投入的成本为250亿至400亿美元,2011年,Leti也认为差不多需要400亿美元,一度还成立了全球18英寸联盟(Global450Consortium)。U2Sesmc

2011年,半导体制造联盟Sematach负责人经理TomJefferson曾表示,计划从2013年年中至2014年初,将在纽约阿尔巴尼建立一条完整的18英寸生产线,该生产线采用50中不同的设备类型。U2Sesmc

然而这个18英寸联盟成员却目的各不相同,计划中的50个设备类型来自不同的供应商,目的主要是数据开发,以支持来自复杂供应商的各种设备类型。U2Sesmc

TomJefferson还认为,非参与者,即联盟之外的企业不太可能获得很多18英寸的专利或者共享联盟工作人员资源,以及不太可能享有和联盟伙伴同样的“财务杠杆伙伴关系”。U2Sesmc

然而,即便是联盟参与者,在晶圆良率测试方面也有优先级,给人的印象是,不参加该计划会降低生产线推广的概率。U2Sesmc

当时业内已经担忧一些设备供应商可能会选择远离18英寸,专注于12英寸平台的专业开发,8纳米节点对18英寸来说走到了一个历史节点,SEMI在2011年曾经做出过这样一个判断:“后COMS时代18英尺晶圆将是主流尺寸。在15-20年内,即使是MEMS、电源管理芯片等小批量成熟技术也可以迁移到18英寸厂”。不过SEMI还指出,一旦18英寸大规模上马,会导致12英寸产能过剩,8英寸生产线的迁移也会受到影响。U2Sesmc

CEA-Leti研究员MichelBrillouet给了当时的欧盟委员会几个建议,大力开发18英寸晶圆技术拓展,暂时搁置对摩尔定律极限的讨论,或者搁置18英寸的开发,专注3D封装和光刻机的研发。U2Sesmc

不过18英寸最终戛然而止。U2Sesmc

很长时间里我们都在讨论关于18英寸晶圆的东西。U2Sesmc

目前大约有130家公司拥有6英寸晶圆厂,而拥有8英寸晶圆厂的公司不到90家,拥有12英寸晶圆厂的公司只有24家。U2Sesmc

晶圆直径越大,每片晶圆能够生产的芯片数量就越多,采用大尺寸晶圆,增加的成本(主要在材料和制作工序上)并不高,但是可以大幅增加产量,从而降低单颗芯片的成本。从历史数据来看,晶圆厂每一次采用大尺寸晶圆取代原有产线,单位面积生产成本可以降低20%。U2Sesmc

18英寸晶圆的面积是12英寸晶圆的2.25倍。如果建造18英寸晶圆厂,其wpm输出与12英寸晶圆厂相同,则需要的晶圆厂数量减少大约2.25倍(由于较低的边缘芯片损失甚至更少),25个内存晶圆厂变成11个内存晶圆厂,100个逻辑或其他晶圆厂变成44个晶圆厂。这些是要建造的更易于管理的晶圆厂数量。U2Sesmc

相对应的运行晶圆厂所需的人员数量取决于晶圆的数量,由于晶圆的尺寸大数量少,晶圆厂所需的人数也会减少。U2Sesmc

不幸的是,目前在18英寸晶圆产线发展上遇到了资金和技术的双重压力,导致晶圆厂向18英寸晶圆产线转进的速度急剧放缓。开发18英寸的努力已经结束,唯一的18英寸晶圆厂已经退役。18英寸的工作与过去的晶圆尺寸转换不同,在150mm时,英特尔是领导转型并支付大量工作费用的公司,而在200mm时则是IBM。在12英寸时,设备公司承担了很多成本,他们需要很长时间才能收回投资。U2Sesmc

50mm的成本再次被推到设备公司身上,他们非常不愿意接受这种情况。2014年,英特尔(18英寸的主要驱动力之一)利用率低,42号晶圆厂闲置,因此他们将资源从18英寸撤下,台积电也在18英寸上退让,设备公司暂停开发工作,18英寸晶圆就此“死亡”。U2Sesmc

在这一点上,重振18英寸可能为时已晚,ASML只是试图生产足够的EUV系统并将HighNA设备投入生产。12英寸的HighNAEUV系统已经非常庞大——难以运输系统,制造更大的18英寸版本将是前所未有的工程挑战。U2Sesmc

半导体公司长期以来一直在短视地压榨供应商的价格,这往往对自己的长期不利。起始晶圆就是一个很好的例子,价格已经被压低到晶圆制造商投资新产能不经济,现在该行业面临短缺。现在,只有短缺驱动的价格上涨才能最终使新的投资变得经济。U2Sesmc

  在接下来的十年中,由于我们在努力减少环境足迹的同时可能使我们的行业翻倍排放碳足迹,使用18英寸晶圆会使得减少碳排放容易得多。    U2Sesmc

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