日本为何联合台积电研究半导体先进制程？

众所周知,台积电之所以在半导体(芯片)代工市场获得全球几乎一半的份额,极大的因素就是在半导体制造中的制程方面技术优秀,目前在7nm、5nm方面已经领先全球,3nm制程的研发和量产也日益临近。三星电子是紧随其后的另一家巨头,此外,其他半导体企业在这方面就略逊一筹了。包括近日表示要重返半导体代工市场的英特尔也是吃了制程的亏,一直“跳票”自己的先进制程出品时间,让AMD等企业抢到了不少的份额,甚至苹果公司的最新研发的电脑芯片M1也已经量产,还是台积电为其代工。当大合作伙伴都不再使用英特尔公司的芯片时,对其压力是可想而知的。

可以说,先进制程对于半导体制造来说是异常重要的。制程实际上就是半导体工艺,5nm、7nm、10nm等等都代表了什么?一般的用户或许根本不关注。不过,对于制程我们还是经常会听说的。其实,简单地说,制程就是我们能够把一个单位的电晶体刻在多大尺寸的一块芯片上。先进制程生产出来的芯片主要应用在移动终端产品上,比如手机。因为手机处理器不同于一般的电脑处理器,手机中能够给芯片留下的尺寸是相当有限的。尺寸越小,相同大小的处理器中拥有的计算单元也就越多,性能也就越强。这也是为何厂商会频繁强调处理器制程的原因。

还有一个非常重要的技术支持是,随着频率的提升,处理器所产生的热量也会提高,先进的蚀刻技术就是可以减小晶体管间电阻,让CPU所需的电压降低,从而使功率大幅度减小。先进制程带来的好处就是不仅性能大幅度提高,功耗和发热量还会不断降低。在先进制程的布局方面,需要使用到另一个设备,那就是新的蚀刻工艺―极紫外光刻(EUV),用更小更锋利的“刻刀”来切割出更小的电晶体结构。这也是为何台积电和三星电子都在抢购最先进的EUV光刻机的原因所在,而我们的企业在这方面存在的差距就更大了。

如今,台积电的制程领先其他企业,技术的能力也是最强的。包括三星电子、英特尔都和其有一定的差距。或许是因为这个原因,日本官方将出资420亿日元,联合日本三大半导体厂商――佳能、东京电子以及Screen Semiconductor Solutions共同开发2nm先进制程工艺。同时,还将与台积电建立合作关系,寻求收复在全球半导体竞赛中的失地。而在这个市场,台积电和三星电子都有布局。

曾几何时,日本也是半导体大国,不过,近年来的技术下滑,已经被挤出了市场前列。这一次,日本联合制造光刻机的佳能、半导体生产厂商东京电子以及半导体设备商Screen Semiconductor Solutions,共同研发2nm先进制程工艺。也是希望在先进的制程工艺方面,能够有所突破。而且,早在2020年5月,日本政府邀请国外芯片制造商赴日建设晶圆工厂的消息就屡屡传出。不过,后来台积电选择去美国建厂。

有消息称,台积电的先进封测厂将设在东京,日本茨城县筑波市也将新设台积电的技术研发中心,研发内容主要涉及晶圆制程研发及3D封装。在半导体制造市场,其实日本也有自己的优势,其中,日本很多厂商在EUV光刻工序方面,都有参与。比如,全球仅有日本厂商能够提供EUV光刻胶。东京应化、合成橡胶(JSR)、住友化学、信越化学和富士胶片这五家日本厂商,可以生产出EUV光刻工序中不可缺少的EUV光刻胶,日本企业在EUV光刻胶领域的市场占有率为100%。

同时,东京电子生产的EUV涂覆显影设备能够将特殊的化学液体涂在硅片上,作为半导体材料进行显影。在这个领域,日本企业也是独一无二的。除了在技术上积累之外,日本的半导体企业也看到中国的庞大市场需求,也在积极布局中国市场。其中,Ferrotec实施了中国晶圆子公司等增资和股权出售。积极融资之后,在尖端半导体采用的直径12英寸晶圆产品的量产方面进行投资。Ferrotec自2020年度起在浙江省杭州市启动量产,计划到2022年将产能增至每月10万片,扩大晶圆业务的投资额预计至少达到1500亿日元。对于我们的企业来说,在芯片制造方面,也应该好好地深耕市场,把技术研发投入到量产中,尽快弥补差距才是王道。