De snelle opmars van kunstmatige intelligentie verschuift de aandacht in de halfgeleiderindustrie van alleen kleinere transistoren naar de complete chiparchitectuur. Om de volgende generatie AI-processoren mogelijk te maken, introduceert Applied Materials een reeks nieuwe productiesystemen voor DRAM-geheugen, geavanceerde chipverpakking (advanced packaging) en procescontrole. De innovaties moeten chipfabrikanten helpen om sneller op te schalen, hogere opbrengsten te realiseren en de steeds complexere 3D-chiparchitecturen betrouwbaar te produceren.
Waar de prestaties van AI-systemen jarenlang vooral werden bepaald door de rekenkracht van de processor, vormt tegenwoordig steeds vaker het geheugen de beperkende factor. AI-modellen worden groter, verwerken meer data en vragen aanzienlijk meer geheugenbandbreedte. Daardoor groeit de vraag naar High Bandwidth Memory (HBM), hybride 3D-chipstapeling en geavanceerde packagingtechnieken explosief.
Volgens Applied Materials verschuift daarmee ook de technologische uitdaging. Niet alleen transistoren worden complexer, maar ook de verbindingen tussen meerdere chips in één package. Juist op dat gebied introduceert het bedrijf een serie nieuwe systemen.
Logicatechnologie vindt zijn weg naar DRAM
Een van de belangrijkste introducties is een vernieuwde versie van het Centura Prime Epi-systeem voor epitaxie. Deze technologie wordt al jarenlang toegepast bij geavanceerde logische chips, maar maakt nu ook zijn intrede in de productie van DRAM-geheugen.
Door silicium-germanium en silicium-fosfor gecontroleerd aan te brengen in transistorstructuren kunnen geheugenchips sneller werken, minder energie verbruiken en hogere bandbreedtes realiseren. Dat is essentieel voor de nieuwste generaties HBM en DDR-geheugen die AI-processoren van data moeten voorzien.
Daarnaast heeft het nieuwe systeem een twintig procent kleinere footprint, waardoor chipfabrikanten binnen bestaande cleanrooms meer productiecapaciteit kunnen realiseren.
“De materiaal- en transistortechnologieën die jarenlang de prestaties van logische chips hebben bepaald, worden nu ook essentieel voor DRAM”, zegt Dr. Prabu Raja. “De grens tussen logica- en geheugentechnologie vervaagt snel.”
Advanced packaging wordt bepalend
Minstens zo belangrijk is de uitbreiding van het portfolio voor advanced packaging. Moderne AI-processoren bestaan steeds vaker uit meerdere afzonderlijke chips die in één package worden samengebracht. Daarbij worden logische chips gecombineerd met gestapelde HBM-geheugens.
Deze driedimensionale chiparchitecturen leveren enorme prestatiewinst op, maar stellen ook veel hogere eisen aan productieprecisie. Een minimale afwijking tijdens het stapelen van chips kan leiden tot uitval van een complete HBM-stack.
Om dat te voorkomen introduceert Applied Materials drie nieuwe productiesystemen.
De Opta Quad CMP zorgt tijdens het polijsten continu voor een vlak oppervlak, een essentiële voorwaarde voor hybrid bonding waarbij koperverbindingen en isolatielagen rechtstreeks met elkaar worden verbonden.
De Nokota VMax 2 optimaliseert de elektrochemische koperdepositie voor through-silicon vias (TSV’s) en microbumps. Dankzij Adaptive Pattern Tuning wordt het elektrische veld tijdens het proces dynamisch aangepast om een gelijkmatige koperlaag over de volledige wafer te realiseren.
Daarnaast introduceert Applied de Producer Avila 2 PECVD, die uiterst dunne DRAM-wafers mechanisch stabiliseert. Dat is noodzakelijk omdat HBM-geheugens tegenwoordig uit twaalf, zestien of nog meer gestapelde geheugenchips bestaan.
Ook inspectie verschuift naar packaging
Niet alleen de productie, maar ook kwaliteitscontrole verschuift richting advanced packaging. Featuregroottes worden inmiddels zo klein dat traditionele optische inspectiesystemen hun grenzen bereiken.
Daarom presenteert Applied Materials twee nieuwe elektronenbundelsystemen.
De VeritySEM 7AP voert uiterst nauwkeurige kritische-dimensiemetingen uit op sterk vervormde en heterogene substraten zoals die voorkomen bij HBM en chiplets. Het systeem bereikt een nauwkeurigheid van minder dan tien nanometer.
Daarnaast moet de SEMVision G7AP defecten automatisch herkennen, classificeren en analyseren op silicium-, glas- en organische substraten. Daarmee kunnen chipfabrikanten productieproblemen sneller identificeren en de opbrengst van complexe 3D-packages verhogen.
Volgens Keith Wells, verantwoordelijk voor Imaging & Process Control bij Applied Materials, brengt het bedrijf hiermee de inspectietechnologie uit waferfabrieken naar de packagingomgeving. “Naarmate de structuren kleiner worden dan wat optische systemen kunnen waarnemen, wordt eBeam-inspectie een noodzakelijke stap in de productie van geavanceerde AI-chips.”
Strategische verschuiving in de halfgeleiderindustrie
De introductie onderstreept hoe fundamenteel de halfgeleiderindustrie verandert. Waar chipprestaties jarenlang vrijwel volledig werden verbeterd door kleinere transistoren, ontstaat de volgende prestatieverbetering door nieuwe materialen, geavanceerd geheugen en driedimensionale chipintegratie.
Voor bedrijven als ASML, ASM, BESI, Nearfield Instruments en Applied Materials betekent dit dat vrijwel iedere stap in de productieketen opnieuw wordt ontworpen. Niet alleen lithografie en transistorproductie zijn nog bepalend, maar ook epitaxie, materiaaldepositie, hybrid bonding, metrologie en packaging worden strategische technologieën voor de AI-generatie.
Met de nieuwe systemen speelt Applied Materials in op precies die ontwikkeling: het leveren van de productieapparatuur waarmee de volgende generatie AI-processoren sneller, energiezuiniger en betrouwbaarder kan worden geproduceerd.
