Markt&Technik-Forum Braucht irgendjemand 450-mm-Wafer?

Vor ein paar Jahren wurde viel und ausgiebig über 450-mm-Wafer diskutiert. Intel, TSMC und Samsung drangen auf die Entwicklung der nächsten Wafer-Größe. Doch mittlerweile ist es geradezu totenstill um die nächste Wafer-Generation geworden.

Das sah 2008 noch ganz anders aus. Damals erklärten Intel, Samsung Electronics und TSMC, dass mithilfe einer industrieweiten Zusammenarbeit der Wechsel auf 450-mm-Wafer gestemmt werden soll. Das Interesse der drei Firmen an der nächsten
Wafer-Generation hat ganz klare wirtschaftliche Gründe: Der Wechsel auf 450 mm sollte einen Kostenvorteil von 30 Prozent gegenüber einer 300-mm-Wafer-Fab ermöglichen. Damals war von 2012 als Startpunkt die Rede, der Zeitpunkt, der auch in der ITRS-Roadmap angegeben war.

Auf der „Semicon West 2012“ erklärte die flämische Ministerin of Innovation, Ingrid Lieten, dass das Land in den 450-mm-Reinraum des belgischen Forschungsinstituts Imec investieren will. Der Zeitplan beim Imec sah vor, zwischen 2012 und 2015 erste Tools zu testen. Ab 2016 sollten die F&E-Aktivitäten für den Fertigungsprozess starten und Ende 2017 / Anfang 2018 bereits die erste Produktion anlaufen. 2013 hieß es denn auch, dass Intel mit dem Bau seiner ersten Fab für 450-mm-Wafer startet, 2015 sollten die ersten Scheiben dieser Art verarbeitet werden.

Bei der diesjährigen Eröffnung des neusten Reinraums war von „450-mm-ready“ keine Rede mehr. Wird es also doch keine nächste Wafer-Größe mehr geben? Diese Frage kommentierte Luc Van den hove, CEO und President vom Imec, im Gespräch mit der Markt&Technik vor kurzem so: »Diese Frage fällt in die Kategorie: Sag niemals nie, aber derzeit sehe ich keinerlei Momentum für einen Übergang von 300 auf 450 mm.« Wie schon erwähnt, sind wirtschaftliche Gründe der Treiber für den Übergang auf die nächste Wafer-Größe, doch Van den hove ist überzeugt, dass die Lithographie genau hier als Bremse fungiert, denn auf diesen Prozessschritt entfällt mittlerweile ein so hoher Anteil an den Gesamtkosten, dass »man mit dem Übergang derzeit nichts gewinnt. Der Vorteil wäre sehr gering, deshalb passiert nichts«, so Van den hove weiter. Ähnliches ist auch von anderen Experten zu hören, die im besten Fall noch einen 10-prozentigen Kostenvorteil sehen. Hinzu gesellen sich extrem hohe Entwicklungskosten auf der Equipment-Seite plus enorme Aufwendungen, um überhaupt eine 450-mm-Fab hinzustellen. Ist das Thema damit also endgültig vom Tisch?

Nur eine Frage der Zeit

Olaf Höhne, Regional Business Manager von Intel, glaubt, dass 450-mm-Wafer kommen werden. Dass das Thema derzeit nicht diskutiert wird, liegt seiner Meinung nach daran, weil andere, größere Probleme zu lösen sind. Außerdem ist es eine Binsenweisheit, dass in einer Halbleiterfertigung niemals gleichzeitig zwei wichtige Komponenten geändert werden dürfen, denn dann »gehen die Fehler durch die Decke« und die Zuordnung, woran es liegt, wird bei so einem komplexen Fertigungsverfahren viel zu schwierig und zeitaufwendig. Höhne: »Aber wenn ich das eine im Griff habe, wird das andere irgendwann kommen, einfach weil ich so viel mehr Chips auf einem 450-mm-Wafer realisieren kann.« Bemerkenswert ist, dass Höhne in diesem Zusammenhang nicht zuerst an Prozessoren denkt, sondern an FPGAs. Würden solche Produkte noch »mit zig Cores und Hardware-Funktionen ergänzt, dann ist dafür schon einiges an Siliziumfläche notwendig. Das heißt, 450-mm-Wafer sind nur eine Frage der Zeit«, so Höhne weiter.

Kostenvorteile durch den Übergang auf 450-mm-Wafer sind der Treiber, ob sie allerdings wirklich realisiert werden können, steht in den Sternen, selbst für die großen Drei. Entsprechend gering ist der Antrieb bei Unternehmen, die nicht ICs in höchsten Volumina fertigen. Selbst Dr. Wolfgang Buchholtz, Manager Project Coordinator von Globalfoundries, ist kein Verfechter der 450-mm-Wafer, wobei er betont, dass das seine ganz persönliche Meinung sei und nichts mit Globalfoundries zu tun habe. Aus seiner Sicht stellt sich folgendes Problem: Der Kostenaspekt sei ein Punkt, aber es gehe im Foundry-Geschäft nicht nur um Kosten, sondern auch um Flexibilität. Und Flexibilität heißt aus seiner Sicht, dass eine Foundry in der Lage sein muss, auch „kleine“ Kunden zu bedienen. Buchholtz: »Wenn ich mich an meine Zeit bei Bosch erinnere, dann haben wir für manche Kunden auf Wafern mit 150 mm Durchmesser ein Los mit sechs Wafern gefertigt. Damit waren diese Kunden für Jahre bedient. Wie soll das mit 450 mm funktionieren?« Und wenn man unterschiedliche Designs auf einen 450-mm-Wafer packt? Das ist nicht trivial, denn dann müssen die Designs extrem gut zusammenpassen, damit nicht zu viel Siliziumfläche verloren geht. Buchholtz: »Es gibt noch eine Menge Probleme, die mit 450 mm zu lösen sind. Ich bin überzeugt, dass es nicht ausreicht, 450-mm-Wafer nur für hochvolumige Produkte bereitzustellen – 450 mm ist viel zu groß.«

Dass Buchholtz damit einen wichtigen Nachteil von 450-mm-Wafern anspricht, unterstreicht ein Beispiel aus der Praxis: Globalfoundries arbeitet an einem Projekt, bei dem es darum geht, RFID-Tags als Plagiatsschutz zu realisieren. Eine Einsatzmöglichkeit dieser Tags sind Geldscheine: Die 1 bis 2 mm² großen RFID-Tags, mit integrierter Antenne, werden zwischen die Papierschichten gelegt. Das kingt nach einer großvolumigen Anwendung, dennoch hält Buchholtz diese Anwendung für die falsche, um auf einem 450-mm-Wafer implementiert zu werden: »Das ist eine totale Verschwendung des Ritzrahmens – beim Sägen wird zu viel Silizium verschwendet«, so Buchholtz. Hinzu kommt, dass es derzeit nicht klar ist, ob für alle unterschiedlichen Geldscheine nicht auch noch unterschiedliche RFID-Tags notwendig sind. Buchholtz: »Bei 450-mm-Wafern fehlt mir die Flexibilität. Deshalb bin ich persönlich kein Freund von 450 mm. Ich bin sogar der Meinung, dass man auch bei 300 mm das Thema Flexibilität angehen muss, denn auch in diesem Fall ist es schwierig, mehrere Produkte auf einem 300-mm-Wafer zu fertigen.«