攻克 2nm 技術(shù)，材料、化學(xué)品發(fā)揮關(guān)鍵作用

供應(yīng)鏈高管表示，隨著臺(tái)積電和英特爾等公司將當(dāng)前生產(chǎn)技術(shù)推向極限，新材料和更先進(jìn)的化學(xué)品將在芯片制造行業(yè)發(fā)揮越來越重要的作用。

Entegris 和默克公司的高管接受日媒采訪，討論了隨著摩爾定律（晶體管將繼續(xù)縮小、芯片變得更強(qiáng)大的前提）放緩，全球芯片競(jìng)賽如何演變。

美國芯片材料制造商 Entegris 首席技術(shù)官 James O'Neill 表示，在實(shí)現(xiàn)先進(jìn)生產(chǎn)工藝方面，占據(jù)中心位置的不再是芯片制造機(jī)器，而是先進(jìn)材料和清潔解決方案。

「三十年前，一切都與光刻設(shè)備有關(guān)，以使芯片上的晶體管更小并提高設(shè)備性能，」O'Neill 說。光刻是指將集成電路印刷到芯片上的關(guān)鍵芯片制造工藝。機(jī)器打印這些電路的精細(xì)程度通常決定了芯片的先進(jìn)程度。「今天，我認(rèn)為材料創(chuàng)新是提高性能的主要驅(qū)動(dòng)力這一說法是可靠的，」首席技術(shù)官補(bǔ)充道。

默克電子業(yè)務(wù)首席執(zhí)行官凱·貝克曼 (Kai Beckmann) 也表達(dá)了同樣的觀點(diǎn)。貝克曼說：「我們正在從過去二十年（芯片制造）工具對(duì)于推進(jìn)技術(shù)最重要的時(shí)代轉(zhuǎn)向下一個(gè)十年，即我們的客戶所說的材料時(shí)代。工具仍然很重要，但現(xiàn)在材料決定了一切?！?/span>

貝克曼表示，現(xiàn)在不僅對(duì)于處理器和其他邏輯芯片（所謂的電子設(shè)備大腦）來說是一個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，對(duì)于包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和 3D NAND 閃存在內(nèi)的存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域來說也是如此。

對(duì)于處理器芯片，到 2025 年大規(guī)模生產(chǎn) 2 納米節(jié)點(diǎn)的競(jìng)賽已經(jīng)開始，臺(tái)積電、三星和英特爾等巨頭處于領(lǐng)先地位。根據(jù)各種開發(fā)路線圖，更復(fù)雜的芯片也可能即將出現(xiàn)。

與此同時(shí)，三星、SK 海力士和美光等存儲(chǔ)芯片巨頭正在利用 3D NAND 閃存攀登新高度，目標(biāo)是最終生產(chǎn)出多達(dá) 500 層的芯片。這三家公司目前生產(chǎn)的芯片層數(shù)超過 230 層，并正致力于在一到兩年內(nèi)生產(chǎn)超過 300 層的 NAND。具有更多層的芯片被認(rèn)為更先進(jìn)，因?yàn)樗鼈兲峁└蟮拇鎯?chǔ)容量。3D DRAM 技術(shù)也在不斷發(fā)展。

這兩個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步進(jìn)步不僅需要先進(jìn)的工具，還需要全新的尖端材料庫。例如，邏輯芯片生產(chǎn)躍升至 2 納米，需要全新的芯片架構(gòu)。在這種稱為環(huán)柵 (GAA) 的新配置中，晶體管以比早期平面配置更復(fù)雜的三維方式堆疊。

O'Neill 將化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用于三維晶體管比作類似于「從直升機(jī)上給紐約市噴漆。您需要能夠控制建筑物頂部、建筑物側(cè)面和街道高度的材料屬性。你需要確保你所需要的那種統(tǒng)一性，以便在你完成之后能夠清理街道?！筄'Neill 說，開發(fā)用于新型晶體管配置（例如環(huán)柵）的材料需要?jiǎng)?chuàng)新材料「將頂部、底部和側(cè)面均勻地涂覆」，并補(bǔ)充說，該行業(yè)正在工程方法「在原子尺度上」做到這一點(diǎn)。

化學(xué)品變得越來越重要的另一個(gè)方面是確保質(zhì)量的一致性。O'Neill 表示，生產(chǎn)良率（即給定批次中生產(chǎn)的功能芯片的百分比）對(duì)于確定哪些廠商具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力變得極其重要。高純度化學(xué)品對(duì)于確保完美生產(chǎn)和最大限度減少缺陷至關(guān)重要。

默克公司的貝克曼給出了該行業(yè)材料演變的另一個(gè)例子：銅在當(dāng)前芯片制造工藝中被廣泛用作導(dǎo)電層，但為了制造更小、更先進(jìn)的芯片，該行業(yè)正在探索鉬等新材料?！改阈枰惶兹碌牟牧?，才能使尖端芯片的節(jié)點(diǎn)變得更小，」他說。

持續(xù)創(chuàng)新并不便宜。據(jù)芯片行業(yè)咨詢公司 International Business Strategies 估計(jì)，單片 2 納米晶圓成本高達(dá) 3 萬美元，比上一代（即 iPhone 15 Pro 使用的 3 納米先進(jìn)處理器）高出 50%。一座 2 納米半導(dǎo)體制造工廠每月可生產(chǎn) 50,000 片晶圓（WSPM），成本約為 280 億美元。這比 3nm 晶圓廠的成本高出 80 億美元。

芯片材料制造商預(yù)測(cè)，隨著美國、中國、歐洲、日本和印度等國政府的大力支持，半導(dǎo)體巨頭將繼續(xù)擴(kuò)大規(guī)模，而芯片的巨大成本正是其中一個(gè)推動(dòng)在岸半導(dǎo)體生產(chǎn)的原因。后來者要進(jìn)入這場(chǎng)競(jìng)賽并不容易，而今天的領(lǐng)跑者預(yù)計(jì)不會(huì)有人退出。

Entegris 首席執(zhí)行官 Bertrand Loy 表示：「這是一個(gè)資本高度密集的行業(yè)。我預(yù)計(jì)同樣的力量會(huì)繼續(xù)前進(jìn)。大公司只會(huì)變得更強(qiáng)，他們會(huì)愿意繼續(xù)投資，因?yàn)檫@將是他們競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的來源?！?/span>