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晶圆尺寸的发展及下一代晶圆的成本问题 王青鹏 Abstract： 众所周知，扩大晶圆尺寸的最大好处是提高产量和降低成本，从而获取更打的利润，扩大晶圆尺寸是半导体产业链发展的必然规律，然而另一方面，研制下一代450mm晶圆，其研发费用与制程总成本呈指数式增加，令所有人望而却步。本文将简单介绍一下晶圆尺寸的发展历程及下一代晶圆的成本问题。 Key words： 晶圆尺寸 450mm 成本 一、晶圆尺寸的发展历程 半导体业界经过八年不懈的努力 终于实现了晶圆尺寸从200mm到300mm的过渡业界早在1998年已开始筹建300mm制造厂，当时工艺以130nm制程为主，进入2000年工艺向100nm过渡，导致IC制造厂需要大小尺寸同时兼顾，一方面是晶圆尺寸的增大，另一方面是制程尺寸的缩小，使300mm实现的难度比预期的高，加上2001年半导体市场的总销售额下跌40%，也为300mm的建厂带来资金投入的困难，全年投片不到7万片， 进入2002年300mm生产线终于开始量产，产量超过40万片，2003年产量165万片，2004年产量387万片，预计2005年产量将达到740万片，这些数字表明300mm晶圆制造厂开始进入上升阶段。 根据国际半导体发展路线图(ITRS)的指引，下一代450mm的晶圆制造厂进入试生产的时段在2012~2014年，亦即处在45nm节点过渡到32nm节点的时段，如表1所示。 应该说明ITRS对于晶圆尺寸进程的要求并无提供专门的章节,表1是 “工厂集成” 章节的2004年修改版的“设备技术要求(长期)”表的开头部分 在其它章节分别提及450mm的引入时间是 2010，2011，2012和2015年， 换句话说 ITRS有关章节对450mm晶圆的启动时间不完全明确。然而， 在工业路线图中概括为 ，如果450mm晶圆在2011年投入生产，则晶圆制造厂的开发应该从2003年起动。 实际情况是2003年半导体业界的大部分300mm晶圆制造厂尚未进入量产，无暇顾及450mm晶圆的进展，直至2005 年300mm晶圆顺利进入量产时，业界才开始关注到下一代的450mm晶圆开发计划。 二、300mm到450mm过渡的现状 半导体业界拥有许多商务和技术联合体，其中美国Sematech公司是最著名的芯片制造商联盟，为了推动300mm晶圆制程，它曾制订i300i计划，在1990年代促进300mm晶圆制造的国际合作， 对生产自动化的设备 ，制程 ，开发用生产线，包括芯片生产的前后工序都做了大量工作。类似机构还有日本的Selete联盟得到日本官、商 、学的支持。 但是 ，面对450mm晶圆制造可能遇到的困难,Sematech亦感到当前无法制订一个类似i300i 那样的i450i计划,以推动450mm晶圆的实现。Sematech开始做些450mm晶圆的基础工作，从建立下一代晶圆的投资和商务模型着手，以及由Semate牵头的i450i国际计划的可能性。在今后五 ，六年内将有更多的300mm晶圆制造厂投产，表明300mm晶圆即使在2011-2012年后仍是IC制造业的主流，450mm晶圆计划的可行性备受关注，甚至有人认为晶圆尺寸发展到300mm可告一段落。大部分业界人士坚持发展450mm晶圆，按ITRS路线图下去，既然100mm晶圆前进至200mm晶圆用不到五年的时间，200mm晶圆提高至300mm晶圆花去八年，业界从每次晶圆进步中都获得效益，相信将来450mm晶圆的成功，加上45nm节点的突破，摩尔定律最少在十年甚至二十年还发挥作用，现在开始规划450mm晶圆仍为时不晚。 三、450mm的成本效益 晶圆尺寸从200mm进人300mm是半导体制程的进步，整个过渡历时八年，比预定四年时间增加一倍，现在全业界都认为300mm晶圆取得很大成功，今后十年至二十年问300mm晶圆将成为首选0r晶圆。到2018年全球300mm晶圆制造厂将从目前的80个增加到400晶圆，仍然需要几百个300mm晶圆制造厂。这种预测数字可信度很高，Sematech和Ic Knowledge等公司都是根据Ic制程预测趋势的。但是许多业界分析人士并不同意这种预测，认为今后十至二十年内300mm晶圆制造厂只需200—250个。 对预测趋势的争议还会进行下去，至于300mm晶圆的成本效益的提高方面却是有共睹的，特别是单元电路标准化和规模经济明显的存储器芯片，追求大批量和低成本生产变得至关重要，具体策略表现为晶圆尺寸增大和制程工艺不断缩小，透过尺寸一大一小的办法使单位晶圆的裸晶数目明显增加。由于采用的策略相同，各存储器供应商都在使