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Gartner:2019全球記憶體市場衰退 英特爾重奪龍頭寶座
國際研究暨顧問機構Gartner初步調查結果顯示,2019年全球半導體總營收為4,183億美元,較2018年減少11.9%。由於記憶體市場衰退,許多大廠受到負面衝擊,像是2017、2018年營收都排名第一的三星電子(Samsung)也深受影響,讓英特爾(Intel)藉此重新奪回市場冠軍寶座。
Gartner研究副總裁Andrew Norwood表示,2019年記憶體市場營收下滑31.5%,占半導體整體銷售的26.7%,其中DRAM從2018年底到2019年全年都供過於求,因此2019年營收下滑37.5%。這次供過於求狀況產生,主要原因在於超大規模(Hyperscale)市場需求突然下滑。OEM庫存水位過高,使得廠商於2019上半年期間都在解決此狀況,而下半年DRAM廠商庫存過多也壓低了價格,造成2019年全球DRAM平均售價(ASP)下滑47.4%。
2019年,英特爾從連續稱霸兩年的三星電子手中,重新奪回全球半導體廠商營收排名第一的寶座(見表1)。由於伺服器市場趨緩、CPU供應持續吃緊、英特爾在去年第四季將蜂巢式調變解調器(cellular modem)業務出售給蘋果(Apple)等因素,導致英特爾2019年半導體營收下滑0.7%。
三星因記憶體市場衰退落到第二名,與其他記憶體廠商一樣因DRAM及NAND flash市場供過於求和價格下滑而陷入苦戰。2019年三星記憶體營收下滑34%,占整體銷售的82%。
表1:2019年全球前十大半導體廠商營收(單位:億美元)
就記憶體部門而言,2019年NAND flash衰退幅度較整體記憶體市場小,營收下滑23.1%,主因是2018年底庫存水位上升,2019年上半需求趨緩又更形惡化。KIOXIA和Western Digital合資成立的晶圓廠發生斷電事故,促使廠商出清庫存,推動價格從低點回升,使2019年7月NAND市場開始穩定。由於市場對於固態硬碟(SSD)及5G智慧型手機需求強勁,Gartner認為NAND市場回溫的趨勢將持續到2020年。
其他類型裝置的營收表現各異。類比產品下滑5.4%,主要原因在於終端設備市場疲軟,尤其是工業與舊款車用產品與其他泛用標準型裝置,例如微控制器和其他邏輯產品;受惠於智慧型手機鏡頭數量不斷增加,光電類則是增長2.4%,創下所有類型裝置當中最佳表現。
Andrew Norwood指出,Gartner預期在廠商清空過高庫存,進而拉抬晶片(尤其是記憶體部門)的平均售價後,2020年半導體市場營收將會上揚。邁入2020年,儘管中美貿易戰的局勢似有緩解趨勢,不過2019年美國已將華為等幾家中國大陸企業列入出口管制實體名單,最直接的衝擊就是迫使華為到美國以外地區尋找替代的晶片供應商,像華為獨資成立的海思半導體(HiSilicon)就是名單首選,其他還有日本、台灣、南韓和中國大陸廠商。這部分將是2020年的觀察重點之一。
實施汽車晶圓偏移監控 車用元件良率提升有秘訣
控制計劃詳細說明了受到監控的製程步驟及其監控方式,包括指定檢測靈敏度、採樣頻率以及所採用的確切製程控制系統訊息等細節。精心設計的控制計劃能夠檢測到所有偏移,並防止因採樣不足使得「極端異常的」漏網晶圓出廠。此外,該計劃將清楚地指出哪些晶圓受到每次偏移的影響,從而可以將其隔離並更充分地處置,這確保了不合格的元件不會被無意的運送出廠。
進行缺陷檢測確保晶圓品質
為了實現這些目標,確保晶圓品質,整套車用晶片服務的控制計劃與消費產品IC生產的控制計劃相比,往往需要更全面的檢測和量測。
在晶圓廠中,對採用同一設計規則的車用和非車用產品的製程控制進行基線數據分析,其結果表明晶圓廠為車用產品採取了更多的缺陷檢測步驟和更多類型的製程控制(檢測和量測)。數據顯示就平均而言:
.車用流程所採用的缺陷檢測步驟大約多1.5到2倍。
.車用流程使用更為頻繁的採樣,不僅是批次採樣百分比更高而且每批次採樣晶圓也更多。
.車用流程使用更高的靈敏度用以捕獲較小缺陷,因其可能對可靠性產生影響。
這些因素的綜合影響導致典型的車用晶圓廠需要比消費產品製造同僚多50%的製程控制性能,仔細觀察一下會看到該性能的確切部署方式。
圖1顯示了在同一晶圓廠中車用和非車用製程流程的檢測點之間的批次數量示例。由於檢測步驟數量更多,如果存在缺陷偏移,則可以在車用流程中更快地發現。而迅速發現偏移則可以減少受影響的批次數量,以更少並更為明確的批次中發現受較高缺陷影響的貨,這有助於滿足車用晶片可追溯性的要求。然後這些偏移批次被單獨隔離並進行100%的高靈敏度晶圓檢測,以便決定其處置方式是放行、報廢或在適用時降級至非車用應用。
圖1 顯示了車用製程流程和非車用(基線)製程流程中在檢測點之間受影響的批次數量示例。車用製程流程在FEOL有更多的檢測點,因此在偏移發生時受影響的批次數量較少。
整套車用晶片服務中的額外檢測點也帶來更多益處,因其縮小了偏移潛在原因的範圍,所以尋找偏移根本原因更為簡便。縮小潛在原因的範圍也有助於8D調查更為迅速有效,以便尋找並解決問題。與直覺相反,因為減少了生產線上的變化,增加檢測點數量反而會減少生產週期時間。
提高異常晶圓捕獲率 高產量宏觀缺陷檢測需求增
雖然提高檢測能力有助於對製程偏移進行監控和控制,但車用IC質量仍存在著風險。因為每個晶圓在晶圓廠中通過眾多個製程反應室的路徑可能各不相同,所以數百個製程步驟中的微小變化和邊際化的總和可能會產生「極端異常」的晶圓。這樣的晶圓很容易通過一個高度依賴於次級採樣的控制計劃,讓受影響的晶片進入供應鏈。為解決這一問題,許多車用晶片廠正在將高產量宏觀缺陷檢測機台加入其設備組合中,對於每一批次進行更多晶圓的掃描,這顯著提高了捕獲異常晶圓並防止其進入汽車供應鏈的可能性。
新一代宏觀缺陷檢測機台可以將許多老一代明場和暗場晶圓缺陷檢測機台的靈敏度和缺陷捕獲能力結合到一個平台之中,並且可以每小時運行近150個晶圓,可以降低擁有成本。在採用較大線寬設計的200mm晶圓廠中,該檢測能力的提升通常可以捕獲以前未檢測到的多個低水平偏移,如圖2所示。
圖2 每批5個晶圓(圓圈)的傳統採樣計劃可能不會檢測到單個異常的晶圓偏移(方塊)。高產量宏觀缺陷檢測機台可以通過減少採樣不足及其相關風險來防止漏網之魚。
在先進及較小設計線寬的晶圓廠中,宏觀缺陷檢測機台缺乏必要的靈敏度,因而無法取代寬帶電漿和雷射掃描晶圓缺陷檢測機台在傳統生產線監控和圖案晶圓偏移監控中所占據的角色。然而,它們的高產量已經使其在補強現有樣本計劃和捕獲異常晶圓的晶圓級缺陷分布特徵等方面發揮了重要的作用。
車用晶片控制策略的最新發展是採用晶片級別的缺陷檢測篩選。該項技術其中一種,稱為線上缺陷元件平均測試(I-PAT),使用異常值檢測技術來進一步增強晶圓廠的識別能力,找出那些可能通過電性測試但由於潛在的缺陷而在未來產生可靠性失效的晶片,此一方法將會在未來的文章中討論。
(本文作者David W. Price博士和Jay Rathert為KLA資深總監;Douglas Sutherland為KLA首席科學家)