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歩留まりの向上で、さらなる信頼性の大容量、そして環境にもっとやさしく。サムスンファウンドリーがどのように卓越した製造を行っているか

この記事は、サムスンファウンドリフォーラム2022の基調講演を基にしたファウンドリービジネスに関して掘り下げたシリーズの一部です。これは最新のファウンドリーソリューションと技術に関する専門家の意見を共有するものです。

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半導体ファウンドリー業界は猛スピードで動いています。最新技術の製造業者は最新型製品で顧客を満足させながら、最新のイノベーションを迅速に市場に出し、競争の先頭に立ち続けるというプレッシャーにさらされています。 それらの要求に素早く対応する能力は、激しい競争業界においてサムスンファウンドリーを際立たせるものです。そして、それがサムスンを顧客にとってかけがえのないパートナーにしています。競争力を維持する方法は次の2つの重要な要素に集約されます。1)製造歩留まりとスピードの向上、2)顧客に対するターンアラウンドタイム(TAT)の短縮。 そこでは終わりません。各ファウンドリーの決定は当社と顧客でのカーボンフットプリントを減らすコミットメントにより実行され、環境への影響を低減させるために最も持続可能な方法を使用します。 顧客が先頭に立ち続けるようにするための卓越した製造 高性能コンピューティング(HPC)とモバイル技術が増加の一途をたどっていることで、これらの技術の原動力となる進化したノードの重要性が増しています。わくわくする新しい課題を立て続けにこなしながら、当社のデバイスやデータセンターをより高速に機能させるため、当社はこのようなノードに依存しています。 その増大する要求を満たすためサムスン電子は、企業のイノベーションの第一線にある製品が競争で先頭に立ち続けるのに役立つよう、全部を1つのパッケージにした最新のソリューションでのラインナップを積み上げてきました。 すでに当社には、次世代トランジスタのゲートオールアラウンド(GAA)技術により製造された3nm製品とともに、EUV(超紫外線)とFinFET (フィンフェット)のブレイクスルーをベースにした5nmと4nmのソリューションがあります。7月にサムスン電子は3nm GAA技術を用いた大量生産の開始により、さらなる障害を突破しました。これにより、サムスンファウンドリーは3nm GAAプロセスを提供する唯一の会社となっています。
より小さく動作すれば、より大きく考えることができます しかし、ノードが微細化するにつれ、このプロセスはより複雑になります。 新しいイノベーションがいつもそうであるように、5nmから4nmへの道には新しい難題がありました。4nm大量生産の歩留まり率は困難を極めましたが、サムスンファウンドリーはその困難を克服し、今では4nmの歩留まり率が、当社のうまくいっている5nmノードの歩留まり率と同率へと、さらに速い学習速度で短期間に近づきつつあります。 まだある難題は4nm製品の低電力化で、これにより5nmでできたレベルを超過するさらに高い歩留まりさえもたらします。 そして、3nm GAAを供給する世界で唯一のファウンドリーとして、サムスンファウンドリーは4nmに比べて50%を超える性能の向上をすでに目にしつつあります。 より微細化したノードとより高い歩留まりへと移行するにつれて、欠陥率も劇的に減少し、車載、IoTなどの半導体業界全体の中で顧客満足度が向上しています。 車載とIoTにおいて新規成長を発見 スマート技術の成長は半導体普及におけるルネッサンスに向かっています。より賢くなり続けるIoTソリューションから、より反応が速く自律運転さえする自動車まで、半導体と特殊技術への要求は増大しており、サムスンファウンドリーの生産能力はそれとともに向上しています。 サムスンファウンドリーは、ウェアラブルのような小さなデバイスから輸送トラックほど大きな機器までに能力を供給する特殊な製品を生産する能力を現在拡大しています。より鮮明な画像をとらえるイメージセンサーや、健康に関するもっと正確で役立つ情報をもたらすウェアラブル機器用センサー、ドライバーICとPMIC向けの製品を設計しています。 ファウンドリーとしての当社の成長はまったく驚くべきものです。当社の生産能力は2023年までに、2019年の1.5倍となります。 その中で、成長は8nmノード上に新規に集中しているものです - そのノードは特殊技術の範囲中で当社の顧客向けの主力であるソリューションです。素晴らしいスケーラビリティを持った費用対効果の高いノードとして知られており、それはEUVを使用せずに高性能で裏付けされたFinFETを実現します。 データの相乗効果:いかなるノードでも安定した品質 ほとんどのファブでの主な制限は、少量の製品のみを生産するだけだということです。ラインアップに多様性がなく、それがデータに盲点をもたらします。単純に言えば、真に意義のあるデータエンジニアリング用のために十分なデータをファブは手にしていないのです。 サムスンファウンドリーは、多数のファウンドリーと製品から集めた大規模なデータを使用するというデータの相乗効果を介して、データ量が少ないことによる制限を克服しています。当社は膨大なデータのプールを活用して、これまでよりさらに正確に生産と歩留まり率を予測しています。強みは、当社が生産する巨大で分散型の生産ラインです。 サムスン電子は世界最大のDRAMファブを保有しており、他社で再現できない詳細なデータを得ることができます。そこから、当社のDXセンターのIT専門家はサムスンのメモリの広大なデータを取り出して予測モデルを作り、当社の競合相手よりもっと迅速かつもっと正確に、顧客へわかりやすく説明できます。 このような改良により、スケジューリング最適化や生産性向上、スピードの向上により、迅速なターンアラウンドタイム(TAT)が得られます。 EUVやその他技術を使うことで、先端製品のTATはもっと長くなるため、このことはさらに重要となります。データの相乗効果は、全体の工程を予測可能とする一方で、それを迅速に追跡するのに役立ちます。 新しいファブは、新しい課題のために
サムスンファウンドリーにはすでに韓国と米国の主要箇所でファブの大規模なネットワークがあります。現在、当社はより多くの顧客に新しいノードと大きな進歩をもたらすため、そのネットワークを拡張しています。 韓国の平沢市において当社はファブを拡張しており、2023年までには1.6倍に生産能力を増やします。そして、テキサス州のテイラー市にて当社はすべて新しいファブを立ち上げており、2024年に操業開始する予定です。2027年まで、当社は現在の操業に比べて全部で3.3倍の生産能力に拡大します。 環境に配慮した製造活動
しかし、成長してにも関わらず、当社は環境に配慮した製造により環境を保護する約束を守っています。 サムスンファウンドリーは、当社顧客のために電力料金だけではなくカーボンフットプリントを減らすよう製品における電力の消費を削減しています。そして、サーバーと製品に能力を供給する最先端のノードがあっても、責任をもって規模を増大できます。 しかし、それは電力節約のソリューションについてだけではありません。製造方法も変化しています。当社はカーボン排出、水の使用、水の放出、製造からの汚染物質を削減しており、資源の循環における産業や、工程からの廃棄物を削減するほかの取り組みを主導しています。サムスンファウンドリーは、現在、廃棄物の97%をリサイクルしており、2030年までにその数字が99.9%まで上昇する見込みです。 当社のすべての工程が最も環境に配慮した手法により確実に導かれるよう、2009年以来、当社の製品についてカーボンフットプリント認証を使用しています。 それは、当社の成長がサステナビリティを念頭に置いて責任感を持って扱われることと、当社の顧客も責任感を持って成長するのを、当社が確実にお手伝いするのに必要なステップです。スピードと信頼性についての大規模な改良と、新しいファブの所在地のリストにより、当社は業界中の当社のパートナーに向けて卓越した製造を行います。TATと歩留まりを改善することにより、当社の顧客がより速く市場に出せるようにし、顧客の製品がこれまでよりさらに確実にユーザーを獲得します。