Wanneer doorzettingsvermogen loont: waarom ASMI het zo goed doet

Via uitputtend werk met Intel legde het bedrijf het fundament voor zijn positie op de markt voor atoomlaagdepositie, maar de opkomst van meer ald-toepassingen was nodig om die investering echt te gelde te kunnen maken. Het verhaal waarom ASM International het tegenwoordig zo goed doet.

Paul van Gerven
20 augustus

ASM International heeft de wind in de zeilen. Terwijl de halfgeleiderindustrie sinds de tweede helft van 2018 een lastige periode kent, laat de Almeerse fabrikant van halfgeleiderapparatuur het ene na het andere groeikwartaal zien. Afgelopen juli bereikte de front-endverkoop zelfs een record – en de bestellingen blijven binnenstromen. Veel daarvan zijn voor ASMI’s atomic layer deposition-systemen (ald), die momenteel de best verkopende productlijn zijn, merkte topman Chuck del Prado op tijdens een conference call met investeerders. Hij voegde er snel aan dat de vraag bij andere bedrijfstakken over het algemeen ook gezond is.

ASMI plukt momenteel de vruchten van zijn doorzettingsvermogen. Het bedrijf begon al in de late jaren negentig met de ald-race, toen de halfgeleiderindustrie er nog geen behoefte aan had. Nadat ASMI in 1999 de Finse ald-pionier Microchemistry had gekocht, werkte het jarenlang samen met Intel om siliciumoxide te vervangen als gate-diëlektricum.

ASML ALD
Atoomlaagdepositie is ingenieus omdat het zelfbeperkend is: de chemische tweestapsreactie tussen twee gassen en een reactief oppervlak stopt wanneer het gehele oppervlak bedekt is met een atoomlaag. In dit voorbeeld wordt de laag aluminiumoxide gevormd uit trimethylaluminium en water.

Decennia lang was siliciumoxide een ​​zeer handige isolatielaag tussen de gate-elektrode en het transistorkanaal. Naarmate de film dunner werd – noodzakelijk om de gatecapaciteit te vergroten – begon het echter ook steeds meer stroom te ‘lekken’. Op een gegeven moment was wel duidelijk dat er een nieuw materiaal moest komen, een materiaal dat het werk van siliciumoxide als een dunnere film zou kunnen doen en tegelijkertijd minder stroom zou lekken. Omdat ald in staat is om films letterlijk atoomlaag per atoomlaag af te zetten, leek het een perfecte techniek om deze zogenaamde high-k-structuren te creëren.

Dat is ook zo, maar het kostte jaren van ontwikkeling om alles goed te krijgen. Intel demonstreerde de eerste processors met ald-lagen in 2007, die rond 2009 op de markt kwamen. Dat is niet helemaal de commerciële introductie van ge-ald-de high-k-materialen in de halfgeleiderindustrie, omdat de geheugenindustrie high-k al een paar jaar toepaste, maar het was absoluut een primeur voor geavanceerde logica-chips. Achteraf bezien bevestigde deze prestatie de positie van ASMI in dat segment.

Ansys Digital Twin Conference

Goede tijden

Het duurde nog jaren voordat ASMI’s moeizame werk zijn vruchten begon af te werpen. Destijds zagen verschillende activistische beleggers het potentieel niet. Alles wat ze zagen, was een langdurige noodlijdende front-endbusiness die de beurskoers omlaag bracht: back-endapparatuurfabrikant ASM Pacific Technology – waarin ASMI een meerderheidsbelang had – was meer waard zonder de front-endactiviteiten. De investeerders drongen er daarom agressief op aan dat de front-end werd afgesponnen, hetgeen het management van ASMI fel tegenstond.

De strijd werd kort onderbroken door een bod van Applied Materials, waarin ASMI’s rol in de belangrijke transitie van procestechnologie werd erkend. Het begin van de financiële crisis in 2008 maakte echter snel een einde aan die onderhandelingen. De discussie over de opsplitsing van ASMI werd vervolgens gevoerd via het Hooggerechtshof, waar het management uiteindelijk aan het langste eind trok.

Rond dezelfde tijd ontstonden nieuwe ald-toepassingen in de halfgeleiderindustrie. Omdat duv-lithografiescanners hun resolutielimieten hadden bereikt en euv-lithografie verre van klaar was voor commerciële introductie, moesten chipmakers hun toevlucht nemen tot multipatterning waarbij een enkele chiplaag in twee of meer stappen wordt opgebouwd. Net als het gebruik van het nieuwe gate-oxide vereiste deze techniek depositie van delicate en conforme dunne films om een ​​enkele structuur in twee structuren te ‘splitsen’.

Multipatterning is dus een belangrijke zakelijke motor voor ald-apparatuur. Voor high-k is in principe slechts één ald-laag nodig, terwijl multipatterning op een toenemend aantal chiplagen worden toegepast. De 10 nm-chips van Intel – waarvan de productie momenteel wordt opgevoerd – bevatten veel meer lagen met dubbele patronen dan de 14 nm-generatie. Hetzelfde geldt voor de 5 nm IC’s die foundry’s beginnen te produceren. De acceptatie van euv heeft multipatterning niet gestopt en dat zal ook niet gebeuren omdat die laatste vaak nog steeds de goedkoopste optie is. Alleen voor de meest complexe lagen is euv beter.

Drukke arena

‘De huidige meest geavanceerde chipgeneraties – 10 nm in logica en 5 nm in foundry’s – zijn een belangrijke verandering geweest in ald-behoeften. Gedreven door verdere miniaturisatie, nieuwe materialen en nieuwe, complexere architecturen op de routekaart van de industrie, zal de behoefte aan extra ald-toepassingen alleen maar toenemen. Dit zal de aanhoudende gezonde groei in deze segmenten van de ald-markt op de langere termijn ondersteunen’, vertelde Del Prado aan beleggers.

Tegelijkertijd ontstaan nieuwe ald-toepassingen in geheugens, zoals patterning condensatordiëlektrica en voor 3D nand flash. ASMI levert ook aan geheugenmakers, maar op dit moment maakt dit marktsegment een diepe recessie door en slechts een incidentele order draagt bij aan de omzetstijgingen van ASMI.

Met de logic-markt als drijvende kracht en geheugenfabrikanten die uiteindelijk zullen herstellen, staan de seinen op groen voor ASMI. Dat wil niet wil zeggen dat het allemaal op rolletjes zal lopen. De ald-markt voor halfgeleiders warmt op omdat ambitieuze start-ups een toch al drukke arena betreden. Veelzeggend is dat Applied Materials recentelijk zijn aanwezigheid heeft uitgebreid door Kokusai Electric over te nemen, slechts een paar uur nadat het Japanse bedrijf zijn octrooigeschillen met ASMI had opgelost.

Het lijkt erop dat ASMI weer een heel interessant decennium tegemoet gaat.