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半导体主角更替(上)3D技术竞赛

来源:晰数塔互联网快讯 时间:2022年02月19日 12:01

世界半导体大型企业英特尔和台积电(TSMC)等的尖端开发的情况正在改变。仅凭缩小电路线宽、提高集成度的“微细化”已不能跟上性能提高的需求,日趋需要新技术。各企业竞相开发的是将多个芯片堆叠起来,提高性能的三维(3D)技术。在半导体技术的新主角亮相的背景下,日本的设备和材料企业也在迎来商机。

“要让产品水平符合‘摩尔定律’,封装技术的升级变得重要”,2021年12月在东京发表演讲的英特尔高管佩恩·巴依(音译)呼吁日本设备和材料厂商提供协助。

摩尔定律是意为半导体性能在18个月~2年里提高至2倍的“经验法则”。实际上,在半个多世纪里,一直维持法则所预示的性能提高。起到牵引作用的是微细化技术,一直使电路变得更细,装入更多用于运算等的元件。

以美国苹果公司使用的半导体为例,2020年采用的芯片处理晶体管达到118亿个,在1年里增加逾30亿个。归根结底,一直支撑智能手机等飞跃式升级的也是微细化。

微细化笼罩阴影

这种微细化的速度已开始笼罩阴影。最细小的电路线宽为十多纳米(纳米为10亿分之1米)。要描绘更加微细的电路,物理上的制约明显,制造和开发所需的成本有可能超过性能提高的优点。

目前在运算等方面,有不使用电子、而利用光子的“光电融合”,以及晶体管结构变化等有望实现飞跃式发展的新一代技术。不过,在处理庞大信息的数据驱动型社会,如果运算能力的提高停止,耗电量将无限度上升。

要支撑最终产品的进步和数据社会,半导体性能的持续提高是不可或缺的。作为目前的方案,各企业关注的是借助多个芯片提高集成度的3D堆叠技术。

台积电正加快开发名为“3DFabric”的3D结构半导体,在日本茨城筑波市设置具有研发功能的机构也是战略一环。台积电日本3DIC研发中心的负责人江本裕表示,为了发展3D堆叠技术,“材料、设备企业等生态系统的协助不可或缺”。

成为关键的后工序

要使半导体芯片在3D方向上集成并加以驱动,必须解决热和电流等问题。关键是从晶圆上切下半导体、加工为芯片的后工序的技术。

材料和设备需具备的条件严苛。江本裕表示“基板的平坦度、热膨胀率和弹性等各种数值都需要优化”。一名日本国内的化学试剂企业高管表示,“难以利用目前的技术解决,需要开发面向每个客户进行个别优化的材料”。

日本的材料和设备受到高度期待,这也证明了台积电的认真程度。在日本产业技术综合研究所试验楼内投入运行的台积电的试生产线,具备与台湾量产工厂相同的组装设备和评估设备。在日本开发新技术,具备“顺利向量产工序过渡”(江本裕)的优点。

对于在制造设备上掌握3成份额、在半导体材料领域掌握5成以上全球份额的日本企业,大型逻辑芯片企业的动向构成商机。

“(随着3D化取得进展)也能向没有交易的前工序企业提供附加值高的设备”,日本半导体设备厂商DISCO(迪思科)的社长关家一马这样说。在将半导体背面磨薄的“研磨机”领域,DISCO掌握8成份额,东京精密掌握逾1成全球份额。

在用于个人电脑等尖端半导体的封装基板领域,日本IBIDEN(揖斐电)和新光电气工业垄断市场。AZ SUPPLY CHAIN SOLUTIONS LLC 的龟和田忠司表示:尤其是在需要较高技术的领域,“没有日本企业,就无法制造半导体”。

而在材料领域,日本企业的市场份额也很高。从用于尖端封装的再布线层的形成等的光刻胶来看,JSR和东京应化工业这2家企业掌握全球份额的6成以上。调查公司GlobalNet的董事长武野泰彦表示,“降低投资成本、提高性能的后工序的受关注度将提高”。

但同时日本企业也存在课题。相比前工序,成为3D堆叠技术关键的后工序的设备和材料的市场规模有限。涉足的企业的规模相对较小,尖端开发和投资的负担沉重。

日本一名半导体企业的高管透露,“如果有必要,考虑向(设备和材料厂商)提供资本”。如果不投入人力和资金,获得的蛋糕也将很小。这也是以存储器为代表,虽在技术上领先、但让海外企业占据优势的半导体行业本身的教训。

日本经济新闻(中文版:日经中文网)江口良辅、佐藤雅哉

本文来自微信公众号“日经中文网”(ID:rijingzhongwenwang),作者:日经中文网,36氪经授权发布。

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