Полупроводниковую отрасль спасет переход на работу с пластинами большого диаметра
В этом году на развитие инфраструктуры производства пластин диаметром 300 мм корпорация Intel затратит не менее 3,3 млрд. долл.

То, что мировая экономика действительно переживает не лучшие времена, — это уже общее место, вопрос стоит скорее в том, что может стать локомотивом нового подъема? Или хотя бы в каких отраслях можно ждать оживления дел.

Апологеты полупроводниковой индустрии в лице Билла Маклина, президента маркетинговой компании IC Insight, считают, что в числе этих отраслей может оказаться только-только зарождающееся массовое производство и обработка кремниевых пластин больших (300-400 мм) диаметров. Эксперты Semico Research согласны с Маклином и полагают, что на фоне всеобщего экономического уныния перспективы такой промышленной деятельности выглядят достаточно ярко (в нынешнем году инвестиции в этот сектор достигнут 11,5 млрд. долл.).

Более того: именно сейчас наступает тот момент, когда переход на большие диаметры может совершиться максимально эффективно, потому что, с одной стороны, необходимая технология стала широкодоступной, а с другой — период экономического спада является идеальным временем для того, чтобы производители схем на пластинах большого диаметра смогли довести до нужной степени совершенства контроль за технологическими процессами. Прогнозируется, что через пять-семь лет доля пластин диаметром 300 мм значительно увеличится и составит от 32% (по данным IC Insight) до 45% (по данным Semico Research) емкости мирового рынка кремниевых пластин.

Начавшееся в 2001 году промышленное использование пластин диаметром 300 мм имеет все шансы расти быстрее, чем десятилетием раньше росла степень использования пластин диаметром 200 мм. Производство и потребление 200-миллиметровых пластин росло со средней «скоростью» 10% в год вплоть до прошлого года, когда был зафиксирован абсолютный максимум; однако за первые восемь месяцев этого года отмечено снижение потребления на 7%, и нет оснований полагать, что наметившийся спад будет остановлен. Потребление же пластин диаметром 300 мм будет устойчиво расти, и «коэффициент роста» составит не менее 14% в год в течение по крайней мере нескольких ближайших лет.

Аналогичные изменения на рынке пластин происходили уже не раз. Так, например, массовый переход с диаметра 100 мм на диаметр 125 мм был осуществлен в 1987 году, с диаметров 125 мм на 150 мм — в 1990-м, со 150 мм на 200 мм — в 1998 году. Что же касается пластин диаметром 300 мм, то они будут доминировать на рынке не ранее 2007 года.

Можно заметить, что по мере увеличения диаметра пластин возрастает и время, необходимое для осуществления перехода. Это неудивительно, потому что при таких переходах неизбежно встает вопрос о максимальном повышении степени использования поверхности кремниевых пластин, а, значит, и соответствующем уменьшении минимальных топологических норм, неизбежно влекущих за собой все более затратные — и по времени, и по деньгам — изменения в конструкциях и технологических процессах, призванных обеспечить все меньшие нормы проектирования на пластинах все больших диаметров. Таким образом, изменение структуры рынка каждый раз сопровождается резким уменьшением топологических норм: так, например, именно под 200-мм пластины разрабатывались технологические процессы с нормами проектирования 0,18 мкм, а под 300-миллиметровые пластины, по некоторым данным, разрабатываются 0,1-микронные процессы.

Сегодняшняя структура рынка кремниевых пластин, по данным Rose Associates, такова, что на нем доминируют 200-миллиметровые пластины (54%), доля в 28% принадлежит пластинам диаметром 150 мм, еще 10% занимают пластины 125 мм, 4% сохранили за собой пластины диаметром 100 мм и столько же имеют пластины диаметром 300 мм. Суммарная площадь произведенных пластин к концу года составит 3370 млн. кв. дюймов.

«Приводным ремнем» перехода с диаметра 200 мм на 300 мм выступят микропроцессорные устройства старшего уровня, в том числе DSP-процессоры, а вовсе не схемы памяти. Основанием для такого утверждения служит тот факт, что уже в этом году для изготовления микропроцессоров отводится около 60% всего объема производимых 300-мм пластин, а на долю памяти остается чуть более 30%.

Кто будет лидером?

Любопытно, что введение в технологическую линейку процессов медной металлизации и нанесения покрытий с малой диэлектрической проницаемостью весьма затруднило положение заводов, изготовляющих интегральные схемы по заказам со стороны. До этого времени заводы, производившие исключительно «под заказ», и компании-разработчики, имеющие собственные заводы (Integrated Device Manufacturer, IDM), вместе шли во главе полупроводниковой индустрии. Однако сейчас, похоже, лидерами в переходе на пластины диаметром 300 мм станут именно IDM. Правда, никто не отрицает, что кремниевые заводы имеют возможность привлекать на свои мощности значительный портфель заказов, однако сейчас конъюнктура рынка такова, что ему нужно не более нескольких тысяч пластин в месяц, что вполне могут сделать на своих мощностях IDM. C другой стороны, финансовые ресурсы IDM позволяют им работать с небольшими партиями пластин или даже с отдельными пластинами, отрабатывать на них процессы новой металлизации, литографии, а в производственном плане — процессы улучшения процента выхода годных приборов, повышения производительности оборудования, то есть вести своеобразные опытно-конструкторские разработки. Такая деятельность недопустима для кремниевых заводов, нацеленных на поточное производство. Эту позицию поддерживают в компании Texas Instruments, соглашаясь, что экономически переход кремниевых заводов на пластины больших диаметров будет оправдан только тогда, когда будут достигнуты определенные объемы производства.

Если IDM могут себе позволить роскошь «не стоять за ценой пластины», то для кремниевых заводов вопрос снижения цены пластины является одним из важнейших. В компании UMC считают, что сейчас полный цикл производства и обработки 200-миллиметровых пластин намного более экономически выгоден, нежели частичный цикл производства и обработки 300-миллиметровых пластин на пилотных линиях, стоимость которых достигает 500 млн. долл. Эти линии тем не менее на ряде заводов уже введены в строй, но требуют постоянных финансовых вливаний. Так, на сингапурском Chartered Semiconductors в этом году пересмотрены суммы государственных инвестиций на поддержание и развитие необходимой инфраструктуры: они увеличены с 300 до 400 млн. долл. Полный же цикл производства и обработки 300 мм пластин будет стоить не менее 3 млрд. долл.

О чем не говорят прогнозы

Конечно, предсказания аналитических компаний относительно перспектив развития бизнеса «больших диаметров» оптимистичны. Преодолеть 300-миллиметровый рубеж не так просто.

Процесс перехода полупроводниковой индустрии на пластины диаметром 300 мм начинается с самих пластин. И их производство оказывается, по мнению Wacker Siltronic, главной проблемой. В этом смысле современная микроэлектроника во многом работает сама на себя, подобно тому как в свое время в СССР в экономике работал принцип приоритетного развития производства средств производства. В современных технологических процессах изготовления и обработки пластин больших диаметров используются все новейшие достижения в области создания электронных систем. Это очень дорогое удовольствие, и не случайно, что производственные линии для 200-миллиметровых пластин имеют более 50 компаний, а линии для 300-миллиметровых пластин вряд ли будут иметь более десятка фирм.

Жесткие требования предъявляются и к оборудованию. Пока оборудование для 300-миллиметровых производств их не удовлетворяет и имеет ограничения, свойственные оборудованию для 200-миллиметрового производства, особенно по устойчивости и надежности работы, минимизации процента бракованной продукции. Высокой остается и цена оборудования.

Что думают в Японии

Судя по недавним высказываниям представителей Министерства экономики, торговли и промышленности Японии, переход ее полупроводниковой индустрии на пластины диаметром 300 мм будет осуществляться не на уровне пусть даже и крупных IDM или кремниевых заводов, а под жестким контролем государства. Хидетаки Фукуда, директор отдела информационной политики министерства, в ноябрьском интервью Хироши Асакура, редактору Nikkei Microdevices, сообщил, что речь идет о создании вертикально интегрированной структуры производства. Внедрение вертикальной интеграции началось в этом году в рамках проекта ASPLA и вызвало сильное противодействие крупнейших японских фирм, упорно отстаивающих привычную IDM-стратегию. Но японское правительство не без оснований полагает, что технологический уровень предприятий страны примерно равный и поэтому каждой фирме не следует вкладывать сотни миллионов долларов в очевидные и одинаково новые для всех компаний перспективные технологические разработки; по мнению правительства, эта деятельность не может квалифицироваться иначе как расточительство.

Проект ASPLA имеет целью выстроить систему государственных стандартов для базисных технологий создания «систем на кристалле». По некоторым оценкам, массовое использование стандартных технологических «библиотек», каналов связи, единого процессингового оборудования позволит фирмам уменьшить финансовые затраты при переходе на новый уровень производства более чем вдвое.

Полигоном для отработки элементов программы японское правительство избрало производственные мощности фирмы NEC. В настоящее время идет монтаж оборудования для запуска пилотной линии ASPLA с нормами проектирования 0,09 мкм на заводе NEC Sagamihara, в которую власти вложили почти 280 млн. долл. Здесь же в 2003 году будет отрабатываться технологический процесс с проектными нормами 0,065 мкм, разработка которого близка к завершению в рамках проекта Asuka/Mirai. Начиная с марта следующего года 0,09-микронная технологическая линия будет способна обрабатывать 500 пластин диаметром 300 мм в месяц, а уже с января 2004 года планируется начать коммерческое производство микросхем.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями