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Derrière tous les nouveaux gadgets et toutes les applications géniales que nous utilisons, se trouvent les processeurs, la mémoire et d’autres composants qui font fonctionner les systèmes. Et derrière tout ce qui est la technologie de traitement des semi-conducteurs - la gamme complexe de conceptions, d'outils, de matériaux et d'étapes de traitement nécessaires à la construction de transistors en état de marche si petits que 4 000 d'entre eux pourraient passer sur la largeur d'un cheveu humain et en assembler des milliards dans une puce pas plus gros que ton ongle.
Basé sur Semicon West, le salon annuel de la semaine dernière, qui se concentre sur la technologie de traitement plutôt que sur les processeurs ou les périphériques de l'utilisateur final, il semble que l'ensemble du secteur est sur le point de passer d'une nouvelle production à des plaquettes de 450 mm, à partir des cinq prochaines années..
Aujourd'hui, la quasi-totalité des processeurs et de la mémoire importants sont fabriqués sur des tranches de 300 mm, mesurant environ 12 pouces. Mais les plus grands fabricants de puces discutent depuis des années de passer à la technologie des plaquettes de 450 mm - des plaquettes d'environ 18 pouces - parce que ces plaquettes plus grandes peuvent contenir deux fois plus de puces, mais devraient coûter nettement moins du double du coût de fabrication de 300 mm.. Jusqu'à récemment, de nombreux équipementiers traînaient les pieds parce que le dernier grand mouvement de 200 à 300 mm leur avait coûté cher en recherche et développement sans grand résultat. Mais maintenant, il semble que presque tout le monde adhère à l'idée.
Lors de la conférence, Paul A. Farrar, directeur général du consortium Global 450, un groupe de sociétés de fabrication de semi-conducteurs de premier plan, telles que GlobalFoundries, Intel, IBM, Samsung et TSMC, dont le siège est situé à Albany, a présenté un feuille de route comprenant des démonstrations de 450 mm sur 14 nm entre 2013 et 2015, l'équipement étant prêt pour les fabricants de puces à 10 nm et au-delà entre 2015 et 2016.
Tous les grands fabricants ont discuté des outils 450 mm. Nikon a annoncé avoir reçu une commande du consortium G450 pour un scanner à immersion ArF 450 mm 193 nm destiné au développement de processus, et avoir reçu une commande d'un "fabricant d'appareils majeur", non identifié. ASML a annoncé la livraison prochaine de la lithographie ultraviolette extrême (EUV) et des outils d'immersion de 450 mm à peu près au même moment. Canon a montré ce qu'il a dit être la première plaquette de 450 mm à motif optique, tandis que Molecular Imprints a montré les résultats d'une plaquette de 450 mm à motif utilisant sa lithographie en nano-empreinte.
Une des raisons qui semble motiver cette transition est le coût croissant de la fabrication dans les plus petits nœuds. Bien que l’industrie parle de lithographie EUV depuis des années et que ASML en particulier cite des améliorations, celle-ci n’est toujours pas prête pour la production, car les outils actuels ne permettent pas la vitesse et le volume requis par les fabricants, en partie à cause de problèmes liés la source d'alimentation. ASML dit avoir 11 systèmes EUV sur le terrain et des plans pour une nouvelle génération d’outils avec de meilleures sources d’énergie, mais personne n’effectue de fabrication à grande échelle avec EUV car les outils ne sont pas assez rapides et fiables.
Au lieu de cela, les fabricants utilisent les outils d’immersion actuels à 193 nm et, à 20 nm et au-dessous, ils sont obligés de les utiliser deux fois sur les couches critiques de la tranche afin d’obtenir la précision dont ils ont besoin. Cette double configuration (et éventuellement une quadruple) ajoute du temps et de l’argent à la fabrication de plaquettes.
Comme le PDG de GlobalFoundries, Ajit Manocha, l’a souligné dans une allocution, le coût de la lithographie commence déjà à dominer le coût total de fabrication des plaquettes. Avec les multi-modèles sur les scanners à immersion, la situation empire encore davantage. "Nous avons désespérément besoin d'un EUV et ce dernier n'est toujours pas prêt", a-t-il déclaré.
Dans d’autres domaines, Manocha a évoqué le besoin d’innovation en fonderie à l’ère de la mobilité, abordant de nombreux sujets, du processus FinFET 14XM de la société à d’autres techniques telles que FD-SOI, nanofils et semi-conducteurs composés III-V (essentiellement des puces utilisant davantage de matériaux exotiques).). Il est intéressant de noter qu'il a évoqué le passage possible aux FinFET III-V en 2017 à 7 nm, bien que cela ne semble pas être un engagement spécifique.
Il a déclaré que les plus grands défis auxquels le secteur est confronté sont d'ordre économique. Au nœud 180 nm, il n’y avait que 15 couches de masque; aux nœuds 20nm / 14nm, il y a plus de 60 couches de masques et chaque couche offre plus de possibilités d'échec, chacune d'entre elles pouvant rendre une plaquette entière inutilisable. "Tout cela représente vraiment, vraiment", a-t-il déclaré, montrant que le coût de la conception de puces à 130 nm (qui était courant dans le segment de pointe il y a une décennie et qui est encore utilisé par certains puces situées au bord de fuite) s'élevait à 15 millions de dollars; à 20 nm, c’est 150 millions de dollars. De même, le coût de la conception des processus est passé de 250 millions de dollars à 1, 3 milliard de dollars et l’usine de fabrication de la puce est passée de 1, 45 milliard de dollars à environ 6, 7 milliards de dollars aujourd’hui.
Pour lutter contre cela, d'autres fournisseurs d'outils parlent de techniques autres que la lithographie, telles que l'empilement de puces avec vias traversant en silicium (TSV) conçus pour produire plusieurs couches de puces; et de nouveaux outils pour le dépôt et l'enlèvement de matériaux. Des sociétés telles que Applied Materials, LAM Research, Tokyo Electron et KLA-Tencor poussent leurs solutions.
Karen Savala, présidente de SEMI Americas, a également évoqué la "renaissance" du secteur manufacturier américain et le rôle de l'industrie des semi-conducteurs, affirmant que l'industrie génère désormais 245 000 emplois directs et environ un million d'emplois au total. Chaîne d'approvisionnement américaine.
SEMI s'attend à une légère baisse des dépenses d'équipement cette année, suivie d'une augmentation de 21% l'an prochain, principalement en raison des dépenses continues de fonderie pour la fabrication au 20 nm, de la montée en puissance de nouvelles usines de fabrication de mémoires flash NAND et de la mise à niveau par Intel de son usine en Irlande.
