明年將是5nm制程的大年，在臺(tái)積電的5nm良率爬升再破記錄，并且擴(kuò)產(chǎn)也進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性階段之時(shí)，三星卻將他們的EUV光刻機(jī)資源幾乎都分給了存儲(chǔ)芯片的制造，讓人不禁疑惑，三星這是打算減緩5nm規(guī)模量產(chǎn)的步伐了？

高歌猛進(jìn)的臺(tái)積電

臺(tái)積電在前陣舉辦的第26屆線上技術(shù)研討會(huì)上，除了7nm的增產(chǎn)計(jì)劃，以及3nm的投產(chǎn)計(jì)劃外，特別提到了他們5nm 缺陷密度提升數(shù)據(jù)，其提升趨勢(shì)已經(jīng)超過(guò)了7nm時(shí)的同期水準(zhǔn)。

• 缺陷密度：

D0=缺陷密度（Defect Density）指的是：晶圓表面每平方厘米（cm2）上的缺陷個(gè)數(shù)。

這是芯片制造中影響良品率的關(guān)鍵指標(biāo)，一些公開(kāi)資料里表示其對(duì)于良率的影響權(quán)重超過(guò)了20%。因?yàn)榫A表面的缺陷一般是隨機(jī)的，出現(xiàn)在哪是看它心情的，如果恰好不在芯片電路區(qū)域，那么皆大歡喜，不會(huì)影響到良率。

由于良率一般都是各家工藝廠的機(jī)密，若非主動(dòng)公布，外界一般是通過(guò)推算來(lái)得到他們的良率指標(biāo)，所以廠家公布的缺陷密度的降速——D0可以看做是良率提升速度的風(fēng)向標(biāo)。

• 影響良率的因素：

除了缺陷密度外，芯片制造中的良率提升速度的常見(jiàn)的變數(shù)主要有：芯片尺寸，電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度（集成度，晶體管密度等），制程步驟的數(shù)量等。

一般來(lái)說(shuō)芯片尺寸比較一致; 而電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度取決于能不能獲取NB的客戶來(lái)幫忙“試驗(yàn)工藝”以迅速提升工藝成熟度。這都屬于外部因素。

對(duì)于代工廠而言，缺陷密度和制程步驟的數(shù)量則是自己能控制的關(guān)鍵指標(biāo)， 步驟越多，制程本身以及各個(gè)步驟整合時(shí)出現(xiàn)缺陷和偏差的幾率也就越大?？梢哉J(rèn)為，制程步驟的控制是良率提升的重中之重。

然而隨著制程的復(fù)雜度加劇，工藝步驟的增加完全剎不住，步驟的精簡(jiǎn)合并也是工藝后期優(yōu)化的一個(gè)重要著力點(diǎn)。

而減少工藝步驟最立竿見(jiàn)影的方法就是EUV的引入。

在沒(méi)有EUV或EUV不足的空窗期，臺(tái)積電和三星的7nm都在中道接觸孔和金屬后道的低層（如M0,M1)金屬的制造上避開(kāi)了復(fù)雜度極高的四重曝光技術(shù)，而英特爾則很“偏執(zhí)”在10nm下使用了四重曝光技術(shù)，這使得他們使用193nmDUV光刻機(jī)的10nm的相關(guān)參數(shù)達(dá)到甚至超過(guò)了使用了13.5nmEUV光刻機(jī)的三星臺(tái)積電7nm的水準(zhǔn)，但是這復(fù)雜度也導(dǎo)致了英特爾10nm的良率和產(chǎn)能一直起不來(lái)，直到今年九月才發(fā)布了全系10nm的第十一代處理器Tiger Lake（從CPU和GPU表現(xiàn)看，算是一屁股坐到了牙膏管上。）這番進(jìn)步是因?yàn)樗闹仄毓獾募夹g(shù)得到了切實(shí)突破還是因引入了EUV光刻機(jī)所帶來(lái)的，目前還無(wú)法確認(rèn)。

EUV的引入，使得多重曝光工序得以大大的簡(jiǎn)化，同樣的特征尺寸現(xiàn)在使用單次曝光即可完成，這將使制造缺陷出現(xiàn)的幾率大幅降低。臺(tái)積電5nm同期良率提升速度這么快，和EUV光刻機(jī)的大規(guī)模部署有極大的關(guān)聯(lián)。

• 臺(tái)積電D0提升：左右手互博

在7nm量產(chǎn)時(shí)，臺(tái)積電三個(gè)季度即將缺陷率降到了0.09個(gè)/cm2，六個(gè)季度完成了營(yíng)收和產(chǎn)能的爬坡，創(chuàng)造了業(yè)界的提升記錄，其實(shí)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)獨(dú)步于業(yè)界，之前看資料說(shuō)是常見(jiàn)的D0標(biāo)準(zhǔn)是0.5個(gè)/cm2，而正常的爬坡一般是以年為單位（當(dāng)然也包括臺(tái)積電早期的制程）。這樣的爬升速度，這也是龍頭的規(guī)模優(yōu)勢(shì)帶來(lái)的好處之一。

然而從臺(tái)積電新發(fā)布的數(shù)據(jù)來(lái)看，他們5nm的缺陷率在量產(chǎn)（MP，massive production）的起點(diǎn)已經(jīng)接近于0.1個(gè)/cm2了，大概率會(huì)在量產(chǎn)后一個(gè)季度就將D0降至0.09個(gè)/cm2，將7nm時(shí)所創(chuàng)造的記錄又提前2個(gè)季度。

這個(gè)EUV光刻機(jī)的大量部署及應(yīng)用有直接關(guān)系。

三星，若為存儲(chǔ)故，一切皆可拋

在臺(tái)積電高調(diào)宣布其5nm制程在EUV光刻機(jī)的加持下，正處加速?zèng)_刺之時(shí)，市場(chǎng)卻傳出三星的好基友高通不滿于三星5nm低良率，準(zhǔn)備將產(chǎn)品線全部移到臺(tái)積電去的新聞。

為什么不高？ 7nm以下制程的實(shí)際生產(chǎn)，都是EUV光刻機(jī)和DUV光刻機(jī)混用，各司其職（追求極致尺寸的關(guān)鍵層用EUV，其他層用DUV）。EUV光刻機(jī)在工序中的使用比重隨著制程的先進(jìn)性的提高而逐漸增加的，也就是說(shuō)5nm制程對(duì)于EUV光刻機(jī)的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7nm，EUV光刻機(jī)的不足將直接影響到最終的產(chǎn)能。

需要強(qiáng)調(diào)的是良率低不代表芯片本身質(zhì)量低，而是晶圓里的廢片太多，使得整體產(chǎn)能太低，單芯片的成本太高。

按道理，三星今年也分到了不少的EUV，大家都在等著他們出來(lái)挽留高通的時(shí)候，三星卻宣布，他們要將大量裝備了EUV光刻機(jī)的平澤工廠二號(hào)線，用于其DRAM產(chǎn)品—16G LPDDR5的量產(chǎn)。

媒體說(shuō)，在LPDDR5貨撲開(kāi)占據(jù)了市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)后，還將引入NAND閃存的生產(chǎn)。看出來(lái)了吧，盡管這三星5nm,3nm,2nm的路線圖發(fā)布得嗖嗖的，胸脯拍得砰砰直響，但是他們的親兒子還是只有一個(gè)，那就是存儲(chǔ)芯片。

不過(guò)這也沒(méi)辦法，從三星產(chǎn)能和營(yíng)收占比上看，三星半導(dǎo)體在2020年一季度的營(yíng)收是139億美元，其中晶圓代工營(yíng)收僅占了30億美元。存儲(chǔ)芯片就是三星半導(dǎo)體的大腿，代工廠感覺(jué)也就是個(gè)為DRAM/NAND未來(lái)技術(shù)研發(fā)所準(zhǔn)備的試驗(yàn)線，驗(yàn)證技術(shù)，順便掙點(diǎn)外快，能把大老板三星電子自己要用的處理器之類的產(chǎn)夠就行了。

而今年市場(chǎng)熱度火得一塌糊涂的LPDDR5是明年乃至后年的市場(chǎng)明星級(jí)產(chǎn)品，目前除了三星，只有美光有量產(chǎn)能力，通常來(lái)說(shuō)10nm是DRAM產(chǎn)品的制程物理極限，而美光還沒(méi)用到EUV光刻機(jī)（并且美光目前出貨給客戶的LPDDR5內(nèi)存容量為6GB、8GB和12GB。)

在EUV加持下，三星LPDDR5的容量/面積和功耗，短期內(nèi)將沒(méi)有對(duì)手，SK海力士盡管也有部署EUV光刻機(jī)的打算，但他們目前LPDDR5還沒(méi)開(kāi)始量產(chǎn)。

這才是在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域市占已超過(guò)50%的三星必須要保證的優(yōu)勢(shì)賽道，事關(guān)重大。

• 三星的代工

對(duì)于三星的代工事業(yè)來(lái)說(shuō)，后面怎么走呢？有條新聞可以串起來(lái)看，前陣出盡風(fēng)頭的Nvidia新發(fā)的RTX30系列，都是以三星的8nm制程為主（盡管Graphic DDR用的是美光），老黃的貨可都不是小批量產(chǎn)品。

而8nm及以上制程都是不需要使用到EUV光刻機(jī)的。這信號(hào)已經(jīng)很明顯了。

代工業(yè)上漸行漸遠(yuǎn)的三星和臺(tái)積電

盡管三星的晶圓月產(chǎn)能常年都是全球第一，截止2019年底，其月產(chǎn)能可以達(dá)到290萬(wàn)片（等效200mm）占到全球份額的15%，其中存儲(chǔ)芯片（DRAM和NAND）占了其中的67%，其7nm EUV代工的月產(chǎn)能僅為1萬(wàn)片，連業(yè)界常用的2萬(wàn)片盈虧平衡點(diǎn)都沒(méi)達(dá)到(成熟工藝）。

臺(tái)積電的月產(chǎn)能為250萬(wàn)片，占全球份額的12.8%，全是商業(yè)代工，其中28nm以下制程占了將近40%，從之前數(shù)據(jù)看臺(tái)積電目前7nm的月產(chǎn)能為10萬(wàn)~14萬(wàn)片之間，5nm產(chǎn)能在5萬(wàn)片上下。

臺(tái)積電5nm的一家獨(dú)大已不可逆轉(zhuǎn)，兩家的產(chǎn)能差距將越甩越大，完全不是一個(gè)級(jí)別。在玩家越玩越少的先進(jìn)制程角逐上，三星明顯放慢了前進(jìn)的步伐。

先進(jìn)制程的研發(fā)和量產(chǎn)一旦領(lǐng)先，就意味著擁有了很高的議價(jià)權(quán)。比如臺(tái)積電的毛利率比其他代工廠高2倍左右，能超過(guò)50%，這與其16nm以下先進(jìn)制程在總營(yíng)收占比超過(guò)55%（7nm又占了其中的35%）有莫大的關(guān)系。

這也是為什么7nm制程在2018年第三季度開(kāi)始量產(chǎn)，臺(tái)積電鉚足馬力沖刺良率爬坡的原因，供不應(yīng)求的市場(chǎng)更是一個(gè)贏家通吃的市場(chǎng)。（當(dāng)然臺(tái)積電能沖刺成功，也是踏實(shí)耕耘，厚積薄發(fā)的結(jié)果。）

同樣在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域，特別是LPDDR5相關(guān)的市場(chǎng)里如果拿到了市場(chǎng)先機(jī)，也就等于拿到了一枚市場(chǎng)的金鑰匙。存儲(chǔ)芯片在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的營(yíng)收占比就沒(méi)跌出過(guò)30%，其中三星更是占了50%以上，在低端存儲(chǔ)器市場(chǎng)狀況日益惡化的情況下，LPDDR5的價(jià)值自不用多說(shuō)。

盡管在晶圓代工的營(yíng)收上面，臺(tái)積電是一騎絕塵，比如2020年1季度，臺(tái)積電的營(yíng)收為102億美元，占了全球代工領(lǐng)域營(yíng)收的54.1%，排第二的三星代工業(yè)務(wù)僅有30億美元左右。

但放眼整個(gè)三星半導(dǎo)體，他們這季的營(yíng)收是139億美元，落后于英特爾，位居全球第二，孰輕孰重，決策層如何取舍，一目了然，三星的只不過(guò)做了他們?cè)撟龅氖铝T了。

兩手抓，兩手都要硬，其實(shí)是三星半導(dǎo)體一貫的做法，自打三星進(jìn)入代工行業(yè)以來(lái)，對(duì)于先進(jìn)工藝的追逐都是不遺余力的，不然也不會(huì)成為IBM制造技術(shù)聯(lián)盟的帶頭大哥。但是無(wú)論三星多么的富可敵國(guó)，也改變不了ASML的EUV光刻機(jī)供應(yīng)不足的現(xiàn)狀。

在這樣的局面下，三星自然要在存儲(chǔ)芯片和代工龍頭之間做出一些取舍。那么三星的決策是不是“鼠目寸光”，只圖眼前利益？自然不是。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)排名第二的三星和排名第一的英特爾一樣，主業(yè)不是代工，而是產(chǎn)品。

其工藝研發(fā)及產(chǎn)能的擴(kuò)張是需要以產(chǎn)品及市場(chǎng)為指導(dǎo)的，IDM廠的客戶就是自己，不太可能像純代工廠一樣，產(chǎn)能利用率做到80%多，就敢去擴(kuò)大產(chǎn)能的（除非有地方買(mǎi)單）。

若不能審時(shí)度勢(shì)，步步為營(yíng)，反而是有些過(guò)于冒失，本末倒置。何況，三星對(duì)于先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)只是放慢了腳步，而不是止步。好戲依然在后面呢。