關(guān)于４５０ｍｍ晶圓生產(chǎn)線的爭論

要不要建450mm晶圓生產(chǎn)線?

不斷縮小芯片的特征尺寸和不斷擴大晶圓的直徑是推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)前進的兩大輪子。當今，第一個輪子正處于45nm芯片量產(chǎn)的位置，并正在向32nm芯片前進，第二個輪子正處于300mm晶圓量產(chǎn)的階段，并正在向450mm進軍。目前全球300mm晶圓生產(chǎn)線到底有多少條?由于統(tǒng)計渠道不同，略有差異。(1)據(jù)2008年1月(《電子產(chǎn)品世界》報道，全球600條IC生產(chǎn)線中，產(chǎn)能主要集中于200/300mm生產(chǎn)線，至2007年底，200mm生產(chǎn)線190條，300mm生產(chǎn)線60條。(2)據(jù)2008年2月(《SI China》報道，全球300mm生產(chǎn)線(含在建)81條，其中臺灣地區(qū)22條，美國21條，日本15條，韓國9條，中國8條，歐洲5條，新加坡1條。(3)據(jù)2007年8月SEMI預(yù)測，至2008年底全球300mm生產(chǎn)線73條，其中25條為2008年新增，月產(chǎn)超過620萬片。

關(guān)于要不要建450mm晶圓生產(chǎn)線的意見迥然不同。同意的理由是，增大晶圓尺寸是降低芯片成本的有效辦法。堅持要建450mm生產(chǎn)線的急先鋒是英特爾，吹鼓手是臺積電。2007年11月IC Insights預(yù)測將有15家芯片廠參與450mm技術(shù)競爭，較早表態(tài)的有5家，如英特爾、臺積電、三星電子、東芝和海力士，最終會參加的有力晶半導(dǎo)體、奇夢達、茂德科技、爾必達、南亞科技、臺聯(lián)電、Micro、中芯國際、特許和IBM等。IC Insights總裁Bill Mcclean認為：“生產(chǎn)450mm產(chǎn)品是必然的方向，450mm晶圓只是到來的時間問題，而不是是否會到來的問題”。他又說：“是否采用450mm晶圓制程的底線和發(fā)展該技術(shù)的成本不會聯(lián)系在一起，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上采用450mm技術(shù)的成本絕對是非常高的”。他還認為：“在下一個10年中，450mm晶圓將在IC行業(yè)中具有空前權(quán)力和影響力”。

否定的意見是，2007年4月成本管理軟件與咨詢公司W(wǎng)right WilliamsKellytm(wwk)在調(diào)查450mm晶圓廠項目中指出，有近40％的人認為450mm晶圓廠永遠不會出現(xiàn)。早在2005年，也有一些人認為，450mm晶圓廠永無見天日的機會，300mm晶圓將成為IC工業(yè)最后的晶圓尺寸。

何時建450mm晶圓廠?

關(guān)于何時建成450mm晶圓廠也有兩種不同的意見，一種是2012年前后，另一種是2020年以后。

從晶圓尺寸發(fā)展歷史看，大約每10～11年會發(fā)生一次晶圓尺寸的轉(zhuǎn)移，200mm量產(chǎn)約在1990年，300mm在2001年左右，預(yù)測450mm的量產(chǎn)時間大概在2012年前后。美國應(yīng)用材料常務(wù)董事Iddo Hadar表示：“全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正向450mm晶圓方向前進，除非經(jīng)改變其行為方式，它將于2011～2015年出現(xiàn)。收回450晶圓的投資是可能的，但其周期將長于企業(yè)和管理層的壽命”。英特爾支持ISMI(國際半導(dǎo)體技術(shù)制造協(xié)會)450mm的項目經(jīng)理Tom Abell認為：“只要能像歷史上的每次晶圓尺寸轉(zhuǎn)移那樣獲得生產(chǎn)力提高等好處，那么2012年將是ITRS(國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖)預(yù)測轉(zhuǎn)向450mm的合適時間點”。WWK公司在“預(yù)測450mm晶圓廠問世時間”調(diào)查中，最常見的回答是2013年或更晚。2008年1月英特爾在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)策略研討會(ISS)上表示：在2012年左右建成450mm晶圓廠。英特爾CEo PaulOtellini表示，英特爾在2012年向450mm生產(chǎn)線過渡，并將與半導(dǎo)體設(shè)備廠共同向這一技術(shù)轉(zhuǎn)移，如應(yīng)用材料、日立、尼康等。并且最早在2014年開始利用450mm晶圓進行少量生產(chǎn)，并希望與三星電子、臺積電、東芝等大型半導(dǎo)體廠進行只作。臺積電認為，全球300mm晶圓將于2012年達到整體產(chǎn)業(yè)的50％，同時450mm將正式啟動，并進入試產(chǎn)階段。臺積電將于2010年使用450mm晶圓，與英特爾、三星一起成為全球最新世代的領(lǐng)導(dǎo)廠。

另一種意見是2020年以后，VLSIResearch總裁Risto Puhakka警告說：“IC設(shè)備開發(fā)費用的飛漲，可能使下一代450mm晶圓廠的出現(xiàn)將延后到2020-2025年之間，比現(xiàn)有進度延緩10年以上”。2008年1月在ISS會上，VLSI Research CEOG.Dan Hutcheson說：“450mm晶圓將會出現(xiàn)，人們開始著手研究處理問題，但從來不相信2012年就會出現(xiàn)，可能在2020～2025年左右出現(xiàn)”。IC Insights總裁BillMcclean認為：“450mm技術(shù)可能至少需要10年才能完成，在2015年之后，450mm晶圓制程將在行業(yè)內(nèi)確定主要IC生產(chǎn)商的支配地位”。

當前研發(fā)450mm晶圓技術(shù)的動向

英特爾于2006年成立450mm晶圓小組。2006年10月在ISMI研計會上，英特爾Mike Goldstein雙手舉著一枚450mm晶圓(圖1)，并介紹了450mm的初始材料，他強調(diào)硅供應(yīng)鏈、材料加工、表征設(shè)備和晶圓規(guī)格標準化等方面的挑戰(zhàn)，其中最大挑戰(zhàn)來自CE直拉機，由于提拉速度慢，導(dǎo)致生產(chǎn)力下降，硅襯底成本增加。去年7月日本日礦金屬表示已開始供應(yīng)多晶硅450mm晶圓樣品。

臺積電于2006年對450mm晶圓的研發(fā)進行投資。2007年4月臺積電對450mm晶圓進行評估，臺積電將投資80～100億美元建造450mm晶圓廠。由于450mm晶圓的投資是300mm的3倍，所以臺灣地區(qū)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟業(yè)資訊服務(wù)中心(IEK)認為，臺灣地區(qū)能投資建得起450mm的公司是臺積電、力晶半導(dǎo)體、南亞科技、茂德科技。預(yù)計未來臺灣450mm晶圓廠的產(chǎn)量將超過300mm。今年1月臺灣地區(qū)經(jīng)濟部門啟動下世紀工作計劃，籌組450mm晶圓制程聯(lián)盟，招募臺灣地區(qū)半導(dǎo)體上下游廠加入，未來將積極參與國際標準的制定，爭取ISMI來臺灣設(shè)立450mm晶圓試產(chǎn)線。

ISMI于2006年一季度成立450mm晶圓工廠體系結(jié)構(gòu)、工廠模擬、初始材料和經(jīng)濟分析4個焦點小組，10月在ISMI制造效率研討會上，這些小組分別報告了他們的最新工作進展。2007年7月在Semicon West會上，ISMI啟動450mm項目，在2007年組織討論新450mm計劃，并將在2008年達到以下目標：確保450mm硅晶圓的有效性；發(fā)展450mm工程整合指導(dǎo)和標準；建立450mm工廠集成原型測試平臺。2007年11月在夏威夷召開的ITRS下屬ITPC(半導(dǎo)體行業(yè)國際會議)上正式將450mm晶圓作為會議基本議題。看來，450mm將逐步納入ITRS的規(guī)劃中。2007年10月全球半導(dǎo)體制造聯(lián)盟Sematech準備建一家工廠綜合實驗臺“制造廠，以推動450mm設(shè)備的發(fā)展，工廠將建于美國德克薩斯州奧斯汀市，計劃造450mm交互式實驗臺。

誰為研發(fā)450mm晶圓設(shè)備買單?

眾所周知，研發(fā)300mm晶圓設(shè)備的買單都是由設(shè)備廠自掏腰包?？墒?，研發(fā)450mm設(shè)備情況就不同了，因為投入太大，設(shè)備廠不再愿意單方承擔(dān)風(fēng)險，要與芯片廠共擔(dān)風(fēng)險。WNK公司副總裁Daren Dance明確表示：“考慮到300mm晶圓未能在預(yù)期時間段內(nèi)推出的歷史，以及它對供應(yīng)面的可怕影響，很容易看出為什么設(shè)備廠非常關(guān)心誰為晶圓尺寸的再次擴大(450mm)買單?”VLSI Research總載Risto Ruhakka認為：“如果系統(tǒng)研發(fā)成本遵循同樣昂貴的300mm時代的指數(shù)曲線，則設(shè)備工業(yè)將無法負擔(dān)450mm廠所需加工設(shè)備的開發(fā)費用。在這種情況下，總體IC設(shè)備業(yè)將耗費1020億美元用于450mm設(shè)備，而目前還不清楚，誰將為研發(fā)450mm設(shè)備買單?“2005年9月日本東京電子(TEL)CEO TetsuroHigashi在國際半導(dǎo)體制造論壇(ISSM)會上直言不諱地指出：”研究450mm晶圓的IC設(shè)備買單應(yīng)由雙方來共同承擔(dān)，雙方分享風(fēng)險和利潤。他呼吁設(shè)備廠與芯片廠必須加強合作，共同承擔(dān)越來越多的研發(fā)成本，在開發(fā)下一代設(shè)備期工藝和晶圓尺寸方面要避免過去(指300mm設(shè)備)的錯誤，合作將幫助產(chǎn)業(yè)避免過去的錯誤。

為此，去年10月全球頭號IC設(shè)備廠應(yīng)用材料表示：“目前內(nèi)部沒有任何450mm晶圓廠設(shè)備的研發(fā)計劃，而300mm晶圓廠在經(jīng)濟規(guī)模、良率、效能、生產(chǎn)力都有極多的改進空間”。

450mm晶圓規(guī)模標準

在去年7月SemiconWest會上，討論了450mm晶圓規(guī)格標準，推薦厚度比300mm厚50gm，達825gm，這是為了保證制造和加工過程中晶圓的完整性。由于450mm晶圓直徑/厚度比的增大，將加大熱處理過程中晶圓的滑落和破裂風(fēng)險，該風(fēng)險來自溫度梯度和重力帶來的應(yīng)力。另外，晶圓的彎曲性在制造過程中的退化，會給光刻、退火多個制程帶來麻煩。為此，450mm設(shè)備必須全自動化。關(guān)于450mm晶圓一批的數(shù)量問題也進行了討論，一批是25枚好還是13枚好。

由此看來，建造450mm晶圓生產(chǎn)線是大勢所趨，最早建成450mm晶圓廠的時間是2012年左右，由于建一座月產(chǎn)12～15萬片的450mm晶圓廠需投資120～150億美元，所以450mm晶圓技術(shù)、建廠、量產(chǎn)等方面都需要多方合作，甚至建立聯(lián)盟，包括芯片廠、設(shè)備廠、材料廠、化工廠等，只有這樣，才能加速450mm晶圓前進的步伐。