市場抉擇極限 14nm制程是半導體業難以跨越的坎？
2013-03-19 22:01:23 本站原創依照摩爾定律，全球半導體的工藝制程技術平均每兩年進入一個新世代。從理性分析來看，業界都認為半導體業遲早會遇到技術上無法克服的物理極限，有人說是10nm，也有人說是7nm甚至是5nm。極限在哪里，最終將由市場做出選擇，它不僅受限于技術因素，還受成本等綜合因素的限制，因為即使在技術上可行，產品也未必能夠受到業界的青睞。因此，目前為止權威人士預測，制程技術上的瓶頸可能出現在2018年左右。
14nm制程可能是個坎
14nm制程可能是個坎，采用三次圖形曝光技術或EUV光刻技術。
縮小線路工藝尺寸和擴大硅片直徑是推動半導體業不斷地進步的“兩個輪子”，然而，目前這兩個輪子都遇到了障礙。
工藝微縮技術正面臨瓶頸。從原理上分析，采用任何波長的光源都可以得到分辨率為1/3波長的特征圖形。業界依此原理開發出將光源從248nm轉變成193nm的光刻設備，并用于65nm制程。另外又開發了多種提高分辨率的輔助技術，如相位移掩模版(PSMs)，它是拓展193nm光刻能力的關鍵。PSMs的繼續發展將依賴于更強的相位移和更復雜的特征結構，目前最基本的是6%嵌入式的PSMs。
要使相位移技術達到下一代工藝水平要求，掩模版類型主要有三種：補償式相位移、兩次曝光圖形和可以進行低k1成像的一次曝光技術。目前兩次圖形曝光技術已趨于主流。之后設備廠開發出浸液式光刻技術，相當于將193nm波長縮短到134nm，從而提高了分辨率。業界試圖找出比純水折射指數更高的液體介質，但至今仍未遂愿。
目前利用193nm浸液式光刻技術加上兩次圖形曝光技術等已經成功實現了20nm工藝技術的量產。業界一致認為下一代14nm制程可能是個坎，要么采用更復雜的三次圖形曝光技術，但會大幅增加曝光次數及成本;要么采用革命性的EUV光刻技術。
不同解決方案各有利弊，各家公司都在做出選擇。英特爾傾向于采用三次圖形曝光技術，并認為有可能把193nm浸液式光刻技術延伸至10nm甚至7nm。而IBM則堅信采用兩次圖形曝光技術可以縮小到10nm，并表示未來CMOS的尺寸縮小不會馬上止步。至于EUV技術仍面臨光源強度不夠以及掩膜版等配套材料需完善的問題。與此同時，其他多種光刻技術如電子束直寫等也引起業界關注。
450mm設備廠積極性不高
受限于摩爾定律趨向終結等因素,450mm硅片可能會推遲更替。
硅片直徑也不可能無限擴大。目前，硅片直徑正由300mm向450mm過渡。從理性思維出發，硅片直徑增大是遲早會被采用的，但至今為何未被市場接受呢?可能有兩方面原因：一是半導體設備廠的積極性不高，認為450mm設備200億美元的研發成本可能無法收回;二是450mm硅片的建廠費用高達100億美元。目前對450mm制造廠有興趣的廠商僅英特爾、三星及臺積電三家。
150mm的6英寸硅片產能在1999年左右開始下降，200mm硅片產能在2009年左右下降，表明接近10年為一個硅片尺寸發展周期，由此推算2019年應該發生450mm與300mm的硅片交替。目前受限于全球經濟大環境及摩爾定律趨向終結等因素，450mm硅片可能會推遲更替。
為了迎接挑戰，加快EUV光刻與450mm的進程，半導體產業鏈合作也在悄悄發生變化，如2012年ASML接受英特爾、臺積電與三星的投資入股。
很難再現兩位數以上增長
450mm硅片和EUV光刻尚需在技術手段及市場接受度方面取得突破。
受限于IC研發成本的高聳，許多頂級的IDM大廠開始擁抱代工，或轉變成fabless。在尺寸縮小方面，可能會于14nm制程時受限，即便有一定的進展，未來由于成本太高，每兩年上升一個工藝臺階的進程肯定會減緩。
雖然450mm硅片會伴隨著14nm及以下制程推進，但是根據目前已公布的路線圖顯示，英特爾在2013年將開始投產20nm制程，2014年晉升至14nm，2015年將達到10nm(滯后于研發路線圖)。而臺積電的工藝路線圖為16nm提前至2013年10月～12月投產，10nm技術在2015年投產，并聲稱從16nm開始采用Fin-FET結構。因此估計全球450mm硅片生產線最快可能于2015年有樣片流出。
不管如何，全球半導體業自2010年增長32%之后，2011年及2012年連續兩年踏步不前，今后在450mm硅片與EUV光刻未實現突破的情況下很難再實現兩位數以上的增長。
未來半導體制造工藝可能還有兩個“發動機”，分別是450mm硅片和EUV光刻。相對于EUV光刻，450mm硅片可能會走在前列。不過目前兩者都遇到瓶頸，尚需在技術手段及市場接受度方面取得突破。
