TSMC investeert na 15 jaar weer in productie met 200mm-wafers

TSMC bouwt een nieuwe fab voor 200mm-wafers. Het is de eerste substantiële investering van het bedrijf in de productie met 200mm-wafer in vijftien jaar. De hernieuwde interesse komt door groeiende vraag en gestegen prijzen.

"We bouwen een nieuwe 8"-fab in Taiwan omdat de vraag zo sterk is", zei de TSMC-directeur C.C. Wei tijdens een evenement, volgens de Taipei Times. De nieuwe productiefaciliteit komt naast een bestaande 8"-fab te staan. In oktober zei TSMC al dat de productielijnen voor de 8"- oftewel 200mm-wafers volgeboekt waren.

De halfgeleiderindustrie is al jaren geleden overgestapt naar 12"- oftewel 300mm-wafers voor de productie van onder andere cpu's, gpu's, socs, dram en flashgeheugen. Uit die grotere wafers kunnen meer chips gehaald worden. De 200mm-productie is echter doorgegaan voor heel veel andere chips. De uitontwikkelde, stabiele en relatief goedkoop in te zetten productiecapaciteit blijkt voor veel markten nog bruikbaar.

Onder andere voor geïntegreerde circuits voor energiebeheer, vingerafdrukidentificatiechips en cmos-beeldsensoren worden de 200mm-wafers nog gebruikt. Niet alleen TSMC richt zich weer op die productie, maar ook concurrent UMC. Die liet in oktober weten de capaciteit voor 200mm-wafers met twee procent te verhogen.

TSMC geeft omgerekend zo'n negen miljard euro uit aan systemen voor zijn chipproductie en het grootste deel daarvan gaat naar zijn 7nm-productie. Daarnaast is het bedrijf bezig zijn 5nm-opvolger te starten. In 2020 wil het bedrijf de massaproductie daarvan beginnen. Ook treft TSMC al voorbereidingen voor een faciliteit voor de 3nm-chipproductie.

Reacties (35)

[jeroentje710]

Naar mijn idee ontbreekt in het artikel de achterliggende reden?
Waarom is het voor chips met andere doeleinden als energiebeheer, vingerafdrukidentificatiechips en cmos-beeldsensoren nog steeds voordeliger om dit uit 200mm wafers te halen?
Is het niet raar dat de zelfde schaalvergroting hier niet van toepassing is zoals dat bij cpu/gpu chips is.
Zeker aangezien ik er van uit ga dat deze chips een lagere complexiteid dan cpu en gpu hebben.

Het feit dat het nog gebruikt wordt voor uitontwikkelde chips in oudere/bestaande fabrieken is vanzelfsprekend. Maar waarom de nieuwe investering in deze kleinere inefficientere wafer productie?

Het enige wat ik kan bedenken is dat de lithographie maschines makkelijker geleverd kunnen worden of dat ASML nog een kleine vooraad heeft waar ze van af moeten? (terwijl ik dacht dat deze op bestelling werden gefabriceerd.)

Edit,

Script kid geeft hier onder aan dat het te maken zou kunnen hebben met het feit dat de chips voor deze andere doeleinden een kleiner oppervlak hebben en er daardoor minder halve chips geproduceerd zouden worden. (kleine chips kunnen dicher bij een cirkel vorm komen) Hierdoor zal de efficientie winst gedeeltelijk worden beperkt.

mcDavid geeft aan dat het ook te maken zou kunnen hebben met lagere set-up costs voor deze goedkopere lijnen. En dus het materiaal verlies niet opweegt tegen de kosten van het wisselen van geproduceerde chips. Daarom zouden deze lijnen dus efficienter kunnen zijn wanneer volumes lager zijn.

[Reactie gewijzigd door jeroentje710 op 22 juli 2024 16:13]

[kidde]

Het gaat om toenemende vraag voor zaken die niet fatsoenlijk op 300mm gemaakt kunnen worden; of simpelweg niet op die grootte ontwikkeld zijn. Het is onderhand al langer dan een jaar in het nieuws (voor wie het volgt).

Dan gaat het onder hand over MEMS (sensoren), analoog (versterker achtige chips) en RF ('alles met radiogolven'):

Het gaat niet alleen om de fabs: Er is ook een tekort aan machines (als je 'toevallig' een oude 200mm machine hebt staan op zolder: Die is goud waard!) en maskers en 'verpakken' (dus van het dunne kwetsbare plakje chip een stevig geheel maken dat je kan solderen / inpluggen).

https://semiengineering.c...k-tools-for-mature-nodes/
https://semiengineering.com/200mm-fab-crunch/
https://semiengineering.com/shortages-hit-packaging-biz/

Als je bijv. een overzicht wil van wat een op 150 / 200mm gespecialiseerde fab (dus niet TSMC maar een andere) maakt:
https://towerjazz.com/manufacturing/manufacturing-overview/

Bijv. ST/M in Crolles (Frankrijk) heeft ook een 200mm fab (maar ook een 300), voor een lijst wat zij maken:

https://www.st.com/conten...ct-selector-welcome2.html

En dichter bij huis ook ICN8 (van NXP) in Nijmegen.

Ik dacht dat er ook een in Belgie was van ON Semi, daar schreef een mede-Tweaker een keer over, maar dat blijkt een (heel ouderwetse?) 150mm-plant te zijn.

[Reactie gewijzigd door kidde op 22 juli 2024 16:13]

[dasiro]

die niet fatsoenlijk op 300mm gemaakt kunnen worden

dat lijkt me kras, aangezien het productieproces niet wafer-size specifiek is. Het is eerder dat de fabs die 300mm wafers gebruiken een kleiner en/of meer geavanceerd productieproces gebruiken en dat ze die specifiek inzetten om de high-end chips te bakken, terwijl de simpelere dingen nog perfect op de oude apparatuur met kleinere wafers kunnen gemaakt worden.

[kidde]

Is ook zo, goed opgemerkt. Het gaat dan ook meer om het 'niet economisch fatsoenlijk gemaakt kunnen worden:

-300mm heeft een lagere wafer-doorvoersnelheid, dus minder flexibel als je producten door elkaar wil produceren,
-Voor een 300mm heb je andere eisen qua input-wafers (blanks),
-Net een wat andere duurdere samenstelling qua gede-ioniseerd water nodig,
-Machines voor 300mm zijn lomper, dus je hebt zwaardere vloeren en onderhouds-hijskranen nodig,
-Voor 300mm is meestal alles geautomatiseerd, maar voor al die FOUP-transportbanen heb je in oude fabs niet altijd de ruimte, of het plafond kan het niet houden,
-Je moet alle machines weer maandenlang testen, dus of je hebt extra ruimte nodig tijdens de switch, of je ligt een poosje stil.

200mm fabs kunnen ook vrij geavanceerd zijn, hier een leuk voorbeeld redelijk 'dicht bij huis'.

[klonic]

Niet voor ontwikkeld? Je kan je design ook op een EUVL reticle laten maken. Sterker, sommige testpatronen zijn gigantisch groot, zo groot dat je ze met het blote oog kan zien. Dat je met nieuwe machines kleinere feature sizes kan halen betekend niet dat het moet.

[kidde]

Helaas kan ik alleen over de automotive spreken (ik denk dat het voor defensie, lucht/ruimtevaart, farma etc weinig anders is?), maar wat ik daarmee bedoelde is dat klanten willen dat je aantoont dat je machines "volgens spec" binnen een grote statistische zekerheid fatsoenlijke producten kunnen leveren.

Dus als machine X (200mm?) een bepaald kritisch onderdeel kan maken, dan moet je die machine gebruiken. Wil je een 'efficiëntere' machine, doorgaans goedkoper voor jou als leverancier, dan moet je eerst, mogelijk maandenlang, aantonen dat die 'net zo goed' kan produceren als wat je eerst had. Zelfs als je een kopie van een bestaande machine bestelt. Dus in de praktijk laat je dat oude beestje het liefst 20 jaar staan, en als dan de vraag toeneemt bestel je er het liefst '5 dezelfde oude beestjes' bij.

Dus ja, dat kan natuurlijk op het allernieuwste proces gemaakt worden, maar dan loopt je "time to market" zo een paar maanden op.

Voor smartphones en desktop-CPU's zijn de eisen volgens mij een stuk minder hoog; doorgaans gebeuren er geen zware ongelukken als er eentje faalt; en er wordt geen levensduur van 20 jaar verwacht (dus de 'failure mode' aka 'manier van kapotgaan' hoeft minder goed onderzocht / bekend te zijn) . Dus die kan je makkelijker switchen tussen machines.

[Reactie gewijzigd door kidde op 22 juli 2024 16:13]

[Zebplanet]

Onsemi is idd een 150mm fab in België.
Maar die hoeven niet groter te gaan wegens vooral analoog en hoge spanningen. Die nieuwe machines voor wafers boven de 20mm zijn niet gemaakt voor zulke technologiën.
Probleem wordt wordt wel voldoende wisselstukken vinden voor die oude beestjes.

[mcDavid]

Waarschijnlijk heeft dit vooral te maken met schaalgrootte. Grotere wafers betekent minder materiaalverlies bij de productie, maar duurdere productielijnen (hier is immers meer vraag naar). Bovendien betekent dit dat de lijn stilleggen om te wisselen van chip, de kosten exponentieel verhoogt.
Als je een kleinere order hebt, kan ik me voorstellen dat het gunstiger is het materiaalverlies voor lief te nemen ten gunste van een goedkopere productielijn met lagere setupkosten.

[phsdv]

Er hoeft geen lijn stil gelegd te worden om te wisselen van chips. Meestal lopen tientallen verschillende chips tegelijk in een fab en zelfs op 2 of drie verschillende processen (bv 110nm, 90nm en 65nm in een fab). Ook zijn er ook nog allemaal process opties waardoor er nog meer variatie is. Dus nee, kosten worden niet verhoogd, om te wisselen van chips.

[g0tanks]

Inefficiënt op welke manier?

Ik kan me voorstellen dat de 200mm-productie zover doorontwikkeld is dat deze nog weinig defecten heeft en daardoor resulteert in betrouwbaardere chips. Voor toepassingen waarin superkleine chips niet belangrijk zijn is dat natuurlijk prima.

[jeroentje710]

het feit dat litographie maschines wafers van 200mm zullen belichten ipv van 300m (de wafers zijn rond dus het oppervlak is meer dan 50% groter) Daarnaast worden de maschiens vaak gebenchmarkt op het aantal wafers per uur en niet de grote van de wafers.

Tot slot is de hele reden dat de overstap naar 300 is gemaakt om de veel hogere efficientie en daarnaast is de industry al druk bezig met de overstap naar 450mm wafers.

https://www.quora.com/How...wafer-fabrication-by-2025

Daarnaast is er voor zover ik weet geen verband tussen de grote van de wafer en de grote van de chips zelf dus dat is in de geval irrelevant.

[scsirob]

Daarnaast is er voor zover ik weet geen verband tussen de grote van de wafer en de grote van de chips zelf dus dat is in de geval irrelevant.

Dat verband is er wel. Reken maar eens uit hoeveel effectief oppervlak je kunt gebruiken als je die ronde 200mm wafer met rechthoekjes van 465 vierkante mm bedekt (16+ core Broadwell), of met rechthoekjes van 2 vierkante mm (simpel power controllertje)

[Ayporos]

Yep yep.. 300mm wafer heeft 'effectief' voor een willekeurig chipformaat méér bruikbaar oppervlak dan een 200mm wafer... echter is het óók waar dat dit verschil groter is voor grote chips en kleiner voor kleine chips.

Als je al machines etc etc hebt om 200mm wafers te produceren kan ik me voorstellen dat voor sommige chips het goedkoper is om díe wafers te gebruiken/wensen/kopen in plaats van de 300mm wafers waar alle CPU/GPU fabrikanten op aan het azen zijn en die daarom dus buitenproportioneel duurder zijn.

Slechts speculatie natuurlijk.. maar ik kan me voorstellen dat het wellicht zoiets zou kunnen zijn?

[jeroentje710]

Ik bedoel grootte in de zin van productie proces. Dus 7, 14, 22 ect.

Excuses voor de onduidelijkheid.

[Reactie gewijzigd door jeroentje710 op 22 juli 2024 16:13]

[hakariki]

Grootte

[bladerash]

De 450mm wafers is door ASML indefinitief uitgesteld. Die zou tegelijk met EUV machines worden ontwikkeld en toegepast. Daar is niks meer van gekomen en die roadmap naar 450mm bestaat niet meer. Althans voor ASML.

[klonic]

De overstap naar 450 mm ligt behoorlijk stil. Dat heeft geen prioriteit. Klanten willen naar een kleinere feature size op een betrouwbare manier en daar moet alle energie van de lithoaanbierders naartoe. Hoewel de schrijver van je bron gelijk heeft, is het de markt die bepaald.

Ook op SPIE en Semicon West was 450 mm nauwelijks een topic.

[Maximus Sceptus]

Waarschijnlijk is het aanzienlijk goedkoper en sneller om een 200mm fabriek te realiseren??

[bbob]

Of ze hebben bestaande fabriek die reeds afgeschreven is of oude machines / techniek is gewoon goedkoper te kopen.

Daarnaast het hele proces op 200 mm en hogere nm is uitgewerkt met beperkt aantal verlies.

[jvdmeer]

De genoemde chips zijn relatief klein t.o.v. cpu's. Hierdoor heb je minder snijverlies (geldt ook voor 300mm), maar daardoor speelt de prijs van het proces plotseling een belangrijkere rol.En die zal bij 200mm lager zijn dan bij 300mm.

[Deadsy]

Ik ga er vanuit dat als men chips die gemaakt worden op 200mm wafers wil maken op 300mm wafers dat dit niet zomaar gaat zonder een aanpassing aan het design van de chips.

En dat men bij goedkope chips geen geld wil investeren in dit her design omdat de kosten hiervan niet opwegen tegen de extra chips die men uit de wafer haalt.

[phsdv]

Nee hoor, in principe, zolang het fabricage proces het zelfde is maakt het niet uit of je op 200mm of 300mm wafers zit. Vaak zal echter op 300mm de machines voor 90nm en kleiner geschikt zijn terwijl de machines in een 200mm fab meestal tot en met 110nm werken. Dus in de praktijk zal je wel gelijk hebben.

[mark-k]

Als het oudere machines zijn kan ik me voorstellen dat je dan ook reticles hebt die op die oude machine wel gebruikt kunnen worden en op die nieuwere niet. Een reticle laten maken kost ook vrij veel, dus kan het zijn dat het kopen van nieuwe machines+reticles niet opweegt tegen de winst in productie. Als jij gewoon een bepaalde soort chips wilt hebben die niet op een kleiner procede gemaakt hoeven te worden kan het gunstig zijn om gewoon een oudere machine te gebruiken. Anders staan die toch maar stil, en support wordt meestal nog wel gewoon geleverd.

[Lipton1]

De meeste chips die nog op 200mm worden geproduceerd bevatten vooral analoge schakelingen. In tegenstelling tot chips met hoofdzakelijk digitale schakelingen (CPU, GPU, SoC) loont het voor analoog niet altijd om naar kleinere productie processen te gaan. Bepaalde functionaliteiten hebben nou eenmaal grote transistoren nodig. Deze processen (>90nm) zijn vaak ontwikkeld voor 200mm wafers en inderdaad vaak ook goedkoper en betrouwbaarder.

[Reactie gewijzigd door Lipton1 op 22 juli 2024 16:13]

[MSalters]

Waarom is het voor chips met andere doeleinden als energiebeheer, vingerafdrukidentificatiechips en cmos-beeldsensoren nog steeds voordeliger om dit uit 200mm wafers te halen?

Eén van de grootste kostenposten is de fabricage van de zogenaamde masks. Dat zijn de patronen die belicht worden. Die masks zijn verschillend voor 200 mm en 300 mm, ook al omdat je tegenwoordig kleinere masks gebruikt - dat masker verschuif je dan over het oppervlak van de chip, om het meerdere keren te belichten.

Goed, voor die bestaande 200 mm lijn hebben ze waarschijnlijk een hele grote stapel masks liggen. Als je relatief kleine volumes nodig heb, dan kun je 1 productie-lijn afwisselend gebruiken voor verschillende chips door de masks te wisselen. Maar als de vraag stijgt, dan is die ene productielijn permanent bezet. Het is blijkbaar de moeite waard om een tweede productielijn te openen, zodat je bestaande masks kunt hergebruiken. Als je naar 300 mm gaat, dan moet je voor al die bestaande ontwerpen ook nieuwe masks maken. En misschien moet je wel een herontwerp doen - wat als je oude mask nog een 150nm proces was? Kan je op die 300mm machine uberhaupt wel 150nm chips produceren? Anders moet je zelfs een nieuw ontwerp maken, en dat zijn ook weer hoge vaste kosten.

[phsdv]

Nou niet echt. Voor high runners (grote volumes) hebben ze vaak meerdere sets van de maskers liggen. En iedere fabriek heeft zijn eigen set. Er worden echt geen maskers van 1 fabriek naar de andere fabriek gestuurd. Dus extra fab betekent 2 of 3 extra sets van maskers voor chips die in grote volumes lopen.

[MSalters]

Inderdaad, voor chips die in grote volumes gemaakt worden. Maar dan heb je het dus precies over de chips die op het 300 mm proces worden gemaakt. En dit artikel gaat juist over chips die in kleinere aantallen worden geproduceerd, vandaar dat het nog op 200 mm kan.

[phsdv]

De achterliggende reden is dit: “we also spend on specialty technologies,” Veel producten in speciality products worden gemaakt in oudere processen zoals 0.35um ... 180nm maar met opties voor hoge spanningen (relatief dan, denk aan 35V ... 80V). Deze processen draaien meestal op machines die voor 200mm (8inch) gemaakt zijn. De machines voor 300mm zijn duurder en geoptimaliseerd voor kleinere processen, <= 90nm. En in deze processen (<90nm) hebben ze die speciality proces optie nog niet, of de chips zijn nog niet ontworpen voor deze processen.

[klonic]

Een 200 mm fab is simpelweg goedkoper dan een 300 mm fab. 300 mm wafers verwerk je in state-of-the-art machines waarmee je dus ook de best gecontroleerde litho tools moet gebruiken met het meest gevoelige resist en de beste reticles, de beste ovens e.d. voor 200 mm is het allemaal wat minder veeleisend en dus is de productie een stuk goedkoper.

Al die chips in je Hue lamp of je Tado thermostaatkraan hoeven echt niet zo mooi te zijn als in je smartphone smartwatch. Die controllertjes moeten gewoon goedkoop zijn.

[Scriptkid]

Meschien dat de chips kleiner zijn er minder halve chips uitkomen % gezien dan.

Waardoor het voor de kosten njet heel veel uitmaakt en het processs goedkoper is.

[DropjesLover]

200mm is gewoon betrouwbaarder. Als er een wafer mislukt is de impact een stuk kleiner.
Daarnaast heeft 200mm nog een prima doorzet voor gewoon eenvoudig, laag kwaliteit/complexiteit stampwerk

[Maximus Sceptus]

verkeerder plek

[Reactie gewijzigd door Maximus Sceptus op 22 juli 2024 16:13]

[koelpasta]

Voor de kenners, hoeveel chips komen er zo gemiddelt van een 200mm wafer af?

[twizzle]

Hangt er van af hoe groot de die is maar hier is een leuke tool om het te berekenen.

http://www.silicon-edge.c...p/resources/die-per-wafer

(Die zijn meestal tussen de .7 en 25mm² voor zover ik gevonden heb wat natuurlijk een enorm verschil maakt en bij grotere die is de kans op een fout ook veel groter)