半导体工业正重新回到增长轨道上,2004年针对计算机、手机和消费电子产品的IC都会有一个良好收益。但参加美国国际Sematech研讨会的人员却仅表示了审慎的乐观,因为整个半导体工业还面临着重大的材料和生产率方面的挑战,而且一时又很难找到一个合适的解决方案。
在经过数十年如摩尔定律预言的速度增长之后,芯片工业也许会在2005年后经历一个生产率“减速”阶段,Sematech的生产率分析经理Denis Fandel警告说,“平版印刷技术的发展速度正在减慢,此外,设计软件也是一个重要的制约因素。”
尽管每平方厘米硅的成本正在上升,但每平方厘米硅的收入却相对保持平稳状态,Fandel补充道。他目前负责Sematech的工业经济建模计划。
英特尔公司的Alan Allan经理指出,目前半导体工业的状态是出货量在稳定增长但平均售价在大幅波动。此外,随着中国和印度这类市场对系统供应商变得越来越重要,对ASP的压力也许会增加,他说。
十年前,西方的消费者很乐意花3,000美元买一台个人计算机,因为它把一台50,000美元服务器的某些功能摆到了他们的桌子上。现在,发展中国家的消费者正期待着获得“两个免费的手机和一台400美元的个人计算机,” Allan说,“从宏观经济角度看,我们目前销售对象挣的钱比让我们在这聚会的人少很多。”
半导体工业协会(SIA)的首席工业分析师Doug Andrey指出,建一个晶圆厂的成本在过去五年内大约上升了50%,在今后五年还有可能再上升66%,建一个新的300毫米晶圆厂要花25亿美元。
HSPACE=12 ALT="Sematech的Fandel说,芯片工业也许会在2005年后经历一个生产率“减速”阶段。">
亚洲的挑战
亚太地区的芯片消耗量在2000年占到了全球的22%,2002年已提高到36%。这一增长对一个行业来说堪称史无前例,因为以前每个地区的变化幅度每年只有1%到2%的变化,Andrey说。
SIA相信亚太地区的消耗量在2006年将突破40%,Andrey表示:“系统制造商已开始意识到亚太地区存在后勤支援上的困难,因为对许多公司来说,对上市时间的考虑要超过成本因素。”
SIA预测,2004年半导体收入将从2003年的1630亿美元进一步增长达到1940亿美元,增长率将达到19.4%。
不过,2004年存储器收入有可能下滑,而这将使得2005年的半导体总体收入增长率放缓到5.8%,SIA预测。
Andrey预计,Wi-Fi芯片组的销量将从2002年的2000万套上升到2005年的1.5亿套。在2004年售出的DVD机中,大约10%预计会有录制功能,而这将需要好几种额外的芯片。智能卡可用于保证各种应用场合的安全性和防止身份诈骗,它是另一个很有希望的市场。RFID器件的销量预计会突飞猛进,因为零售商要求供应商对集装箱和个人物品都配备射频身份卡标签。
“半导体工业的复苏是全面的,覆盖计算机、通信和消费电子各个领域。这的确是个好消息,” Andrey说。
不利因素
不过,在这强劲的销售数字背后潜伏着不容易解决的技术和经济问题,Sematech全球经济论坛的演讲人和听众都如此表示。大约40位芯片行业的市场规划经理参加了该次活动。
Sematech的高级研究员Walt Trybula指出,高昂的掩膜成本可能迫使ASIC供应商转而采用平版印刷术的直接写入方式,不管是直接写入e光束还是建立在镜基光调制上的扫描器。其目标是避免购买数百万美元的掩膜设备,尤其对于只需要小批量生产的设计来说更应如此。总之,Trybula强调,“昂贵的掩膜成本使得市场细分的可能性大为增加。”
根据Sematech的调查,一套用于130纳米设计工艺的掩膜设备大约在65万到70万美元之间。对于90纳米设计,这个数字将增加到170万美元；有40个掩膜层的65纳米设计则需要大约300万美元。
“在65纳米节点处,不断增加的SOI(绝缘硅)工艺应用将减少某些设计需要的掩膜层数。在32纳米节点,很可能会引入FinFET,届时将需要新的设备配置,”Trybula说。
Sematech和SIA正在研究的一个设想是增加照相平版印刷掩膜的缩减比,从目前掩膜电路图像的4x缩减比增加到晶片级。如果缩减比进一步增加到5x或6x,掩膜制造的成本就会有所降低,因为掩膜上的线宽蚀刻不用那么精细了。
而且,将掩膜基底增加到八英寸需要扫描器和掩膜制造公司花费几年的努力进行成本高昂的工具改造工作。
抗蚀剂也正变得更昂贵,从用于193纳米抗蚀的每加仑5,000美元增加到用于157纳米抗蚀的每加仑估价9,000美元。一个改进的因素是所需抗蚀剂的量减少了。对于157纳米印刷来说,每晶片也许只需要1毫升的抗蚀剂,这是因为65纳米及以下工艺所用的抗蚀剂膜更薄。
就近期而言,业界很有希望利用浸蚀技术把193纳米平版印刷术扩展到45纳米工艺节点,Sematech专家说。在一个透镜和一个晶片之间放入一薄层纯净水膜,193纳米光的波长可以显著变窄到大约134纳米。对157纳米浸蚀来说,改进没有那么显著,波长仅从157纳米降到大约115纳米。此外,为了开发用于157纳米印刷的一种浸蚀液体,还有许多工作要做。
在Sematech同Fandel一起研究成本模型的Robert Wright说,平版印刷成本一年平均上升35%。
一个参加研讨会的人士说,每平方厘米硅的印刷成本在过去两年中急剧增长。“直到两年以前,成本一直是稳定的,但现在开始增加了很多,这确实是个问题,”管理KLA-Tencor公司印刷业务的平版印刷模拟专家Chris Mack说。
Sematech的建模专家不同意Mack的判断,他们争辩说,转而采用能够处理300毫米晶圆的扫描器在增加成本的同时,也增加了印刷生产率。
这种均势会持续多长是个热烈争论的问题。目前,大约一半的抗蚀剂用在248纳米印刷上。到2008年,用于193纳米印刷的抗蚀剂将达到50%。这种变化是转向193纳米扫描器的自然结果,每台193纳米扫描器的售价在1700万美元以上。
运营成本
除了193纳米工具之外,成本也可能上升更快:目前正在开发的极端紫外线(EUV)扫描器可能要比193纳米工具的售价贵两或三倍。
最让人忧虑的是运营成本。Nikon Precision公司的高级工程副总裁John Wiesner说,EUV的辐射有可能损害EUV扫描器的光学和其它元件,这向扫描器制造商提出了一个可怕的挑战。
IBM的退休经理Paul Landler和Sematech的工业建模研究项目有着密切的合作,他说MOS门栈的变化也带来了一个重大的技术难题。数十年来,芯片一直建立在一个硅基底、一个硅二氧化物门氧化层和若干掺杂多硅门电极上。但是功耗的潜在问题迫使设计者转向高k门绝缘体,因为高k材料不能和多硅门一起良好工作,各公司也许会被迫制造一种双材料体开关,同金属门电极协力改变成一种高k氧化物。
不过,Landler表示,高k氧化物相对低k绝缘物而言,技术缺陷可能会更大。
Andrey认为,随着行业收入的增长率从原先每年的平均17%放缓到今后的8%到10%,所遇到的研发困难将会越来越多。这将使得企业之间的合作更加重要,他说。
作者:来大伟
京公网安备 11011202001138号
