Kostenstruktur in der IC-Herstellung: Einblick für Cost Engineers

Die Herstellung von integrierten Schaltungen (ICs) ist ein komplexer Prozess, der von extrem hohen Investitionen, technischer Präzision und einer Vielzahl chemischer und physikalischer Prozessschritte geprägt ist. Für Cost Engineers ist es entscheidend, ein tiefes Verständnis dieser Prozesse zu entwickeln, um fundierte Kostenkalkulationen und wirtschaftliche Analysen durchführen zu können.

Im Zentrum des IC manufacturing stehen drei Hauptphasen: Waferproduktion, Front-End-Prozess und Back-End-Prozess. Jeder dieser Schritte birgt spezifische Kostenfaktoren, die maßgeblich zur Gesamtkalkulation beitragen.

Die Fertigung beginnt mit der Herstellung von Siliziumwafern aus einkristallinen Siliziumbarren, welche mittels Czochralski-Verfahren gezogen werden. Die nachfolgende Bearbeitung – Schneiden, Polieren und Reinigen – sorgt für die notwendige Oberflächenqualität. Obwohl dieser Abschnitt nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten ausmacht, bildet er die Basis für alle weiteren Prozessschritte.

Die kostenseitig bedeutendste Phase ist der Front-End-Prozess, in dem die elektronische Schaltung auf den Wafer übertragen wird. Dies erfolgt in mehreren Durchläufen unter Anwendung von Lithographie, Ätzen, Dotieren und chemisch-mechanischem Polieren. Die Lithographie, insbesondere, stellt einen zentralen Kosten- und Technologie-Treiber dar. Abhängig von der verwendeten Technologie – Deep Ultraviolet (DUV) oder Extreme Ultraviolet (EUV) – unterscheiden sich die Investitions- und Betriebskosten erheblich. EUV-Lithographie ermöglicht zwar kleinere Strukturgrößen, erfordert jedoch Maschinen im Wert von bis zu 300 Millionen US-Dollar. In den Kostenanalysen ergibt sich, dass ca. 25 % der gesamten IC-Herstellungskosten auf die Lithographie entfallen.

Im Anschluss an die Strukturierung erfolgt die Vereinzelung und Verpackung der Chips. Dieser Prozess umfasst das Dicing, die Anbindung an ein Trägersubstrat mittels Bonding und die abschließende Kapselung. Auch wenn dieser Abschnitt nur etwa 20 % der Gesamtkosten ausmacht, beinhaltet er einen höheren Anteil manueller Arbeit, was ihn empfindlich für Lohnkostenschwankungen macht.

IC manufacturing ist kapitalintensiv. Etwa 75 % der Aufbaukosten einer Fertigungsstätte entfallen auf Maschineninvestitionen. Neben Lithographieanlagen sind dies auch Abscheide-, Ätz- und Reinigungssysteme. Die Materialkosten bestehen aus hochreinen Siliziumwafern, Fotolacken, Ätzmitteln und einer Vielzahl von Prozessgasen. Besonders bei kleineren Strukturgrößen steigen die Anforderungen an Materialien und Reinheit – was sich direkt auf die Kosten auswirkt.

Ein bedeutender Anteil, etwa 35 %, der IC-Herstellungskosten entfällt auf Gemeinkosten. Dazu zählen Aufwendungen für Personal, Energie, IT-Infrastruktur, Qualitätssicherung sowie Standortfaktoren. Besonders in Regionen mit hohen Lohn- und Energiekosten wirken sich diese Faktoren stark auf die Stückkosten aus. Da eine direkte Zuordnung zu einzelnen Chips schwierig ist, greifen Cost Engineers häufig auf standortspezifische Benchmarkwerte zurück.

Für Cost Engineers bietet die vollständige Betrachtung des IC manufacturing eine fundierte Grundlage zur Identifikation von Kostentreibern. Die Analyse zeigt: Front-End-Prozesse dominieren die Kostenstruktur, insbesondere durch Lithographie und Anlageninvestitionen. Eine präzise, datenbasierte Kostenkalkulation erfordert technisches Detailverständnis sowie die Fähigkeit zur Bewertung regionaler und technologischer Unterschiede.

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White Paper: Bottom-up Cost Calculation of Integrated Circuits (PDF)

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