全球资讯:科磊:两年时间多种手段,才做好3D NAND良率提升
最先享受到这一轮半导体产能大扩充红利的是设备厂商。据美国科磊公司(KLA-Tencor)资深客户合作副总兼首席营销官Oreste Donzella介绍,2017年全球半导体设备业营收创历史记录,首次超过400亿美元,同比增长27%,超过半导体行业的整体增长速度(约21%)。据市场调研机构IC Insights估计,2018年与2019年规划产能合计将为历史最高水平,超过2006年与2007年那一波投资。“我们判断半导体产业会成长,但没有想到成长速度这么快,我预计市场还会维持增长势头,现在看半导体行业发展前景,还是非常光明的。”
(资料图片)
这一轮投资即始于中国2014年开始的半导体产业发展推进计划,伴随政策支持与市场资金到位,中国大陆晶圆厂产能规划大幅增加,“我们可以看到,半导体项目在中国正遍地开花,从东北到深圳,从上海到重庆、成都,各地都在上新项目。”
中国厂商产能扩充也引发竞争对手重视,全球主要厂商纷纷加码,其中三星在2017年半导体资本支出达到耸人听闻的260亿美元,主要用于扩充存储器及晶圆代工厂产能。
这样的投资热潮无疑给设备厂商又带来一段黄金时期,中国市场表现尤其出色。“在中国市场,科磊2017年订单数是2016年的3倍,从现在得到的数据来展望2018年,也将有非常强劲的市场表现。”Oreste Donzella表示,2017年对科磊来说是一个超级大年,2018年虽然难以维持类似增速,但仍将维持强势表现,尤其是大陆市场,“中国大陆的半导体行业,总是有一些惊喜。”
制程管控面临的新挑战
对科磊所在的制程管控设备行业而言,2017年毫无疑问是大丰收的一年,全行业销售额首次突破50亿美元。
降低成本是工艺尺寸不断缩小的最大动力之一,而良率则是每一种新工艺从试产到量产后最严峻的考验,科磊生产的设备,主要就是帮助客户进行制程控制,用最短的时间将新投产的工艺良率提高到可以大规模化生产的要求。
当前半导体在工艺制程上遇到的麻烦,主要是由工艺尺寸缩小与新的光刻技术引入(EUV)所带来,不过也有一些特殊应用会制程管控带来新挑战,比如3D存储器,工艺尺寸没有缩小,但由于堆叠增加,所以给提升良率带来很大困扰。 “为什么制程控制现在这么难?”Oreste Donzella解释,“最新的制程有一千个生产步骤,超过十亿个晶体管,超过一英里长的导线,通通放在一个邮票大小的晶片(die)上,整个生产环节都要完美控制,中间出现任何问题,都可能会造成器件不工作。”
制程管控三阶段
Oreste Donzella指出,要实现制程管控,需要在半导体制造流程的不同环节插入检测与量测步骤,全流程监控半导体制造过程。“在一千个的半导体制程步骤中,必须要加入不同的检测和量测步骤,才可以确保在器件制造期间,不会因致命性问题导致良率极低,甚至为零。”
在半导体产品生命周期的不同阶段,制程管控实施的策略也有较大的差异。“通常我们将制程管控分为三个阶段:研发阶段、试量产阶段以及大规模量产阶段。每个阶段制程控制策略不同,检测与量测的需求也不同。举个例子,在研发阶段,一千个生产步骤中,至少三五百步都需要做检测与量测,到了大量生产的时候,如果出现良率问题,通常很快就能知道问题出在哪里,因为大部分问题都在研发和试量产阶段解决掉了。所以到大量生产的时候,就需要调整制程控制的策略,以高良率和高产出率为目标。”
具体来说,在研发阶段,尽可能将新技术、新材料引入的缺陷解决掉,以防止风险累积;在试量产阶段,以发现并解决良率问题为根本原则,要争取将所有良率问题在大规模量产之前解决掉;在大规模量产阶段,制程控制的重点变成保持稳定的高良率,其次是改善生产可预测性。
3D NAND是一个新怪兽
“最新300毫米(12英寸)的晶圆厂(Fab),可能要花一百亿美元,按照正常折旧速度,一天就要分摊四百万美元,折旧的压力非常大。”Oreste Donzella表示,良率是先进工艺落地首先要解决的问题,“良率每提升一个百分点,就相当于增加千万美元的营收。”
KLA-Tencor资深客户合作副总兼首席营销官Oreste Donzella
但当闪存从二维工艺转换到三维工艺时,很多厂商遇到的问题。Oreste Donzella对TechSugar表示,3D NAND闪存在一开始确实遇到了严重的良率问题,对半导体厂商而言,3D NAND就是一个新怪兽(new animal),整个产业链上下游需要通力合作,“我们和客户一起学习,花了两年的时间,才把良率拉了起来。”
科磊主要是通过三个手段来提升良率。首先,检测与量测堆叠层的参数,获取晶圆的形状参数(pattern wafer geography),“在生产控制上,科磊有专用的PWG2来做监测;其次,通过光学关键尺寸(Critical Dimension)量测平台,确保每一层堆叠平平整整;第三,在空白晶圆(bare wafer)检测时,通过SP3、SP5等新设备,确保每一层都不会引入缺陷。
“3D NAND良率现在已经不错,但并不是说我们就可以高枕无忧,”Oreste Donzella说道,“因为每一家厂商都在准备增加堆叠层数,例如从64层发展到96层。”
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