半導(dǎo)體制造孕育新機(jī)遇，新技術(shù)變革在所難免

　　半導(dǎo)體業(yè)已經(jīng)邁入14nm制程，2014年開始量產(chǎn)。如果從工藝制程節(jié)點(diǎn)來說，傳統(tǒng)的光學(xué)光刻193nm浸液式采用兩次或者四次圖形曝光（DP）技術(shù)可能達(dá)到10nm，這意味著如果EUV技術(shù)再次推遲應(yīng)用，到2015年制程將暫時(shí)在10nm徘徊。除非等到EUV技術(shù)成熟，制程才能再繼續(xù)縮小下去。依目前的態(tài)勢，即便EUV成功也頂多還有兩個(gè)臺(tái)階可上，即7nm或者5nm。因?yàn)榘蠢碚摐y算，在5nm時(shí)可能器件已達(dá)到物理極限。

　　工藝尺寸縮小僅是手段之一，不是最終目標(biāo)。眾所周知，推動(dòng)市場進(jìn)步的是終端電子產(chǎn)品的市場需求，向著更小、更輕、更低成本、更易使用的方向邁進(jìn)。IDC于今年發(fā)布的關(guān)于2020年時(shí)全球智能設(shè)備的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，一是互聯(lián)網(wǎng)使用人數(shù)將達(dá)40億，二是產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)4萬億美元，三是嵌入式終端裝置達(dá)250億臺(tái)，四是需要處理的數(shù)據(jù)量達(dá)50萬億GB，五是全球應(yīng)用達(dá)到2500萬個(gè)。

　　近段時(shí)間以來，全球能夠繼續(xù)跟蹤先進(jìn)制程的廠家數(shù)量越來越少，集中在幾家龍頭大廠，分別為做邏輯的英特爾，做存儲(chǔ)器的三星、SK海力士、東芝、閃迪以及做代工的TSMC、格羅方德等，業(yè)界盛傳的三足鼎立架構(gòu)已經(jīng)基本形成。它們發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力主要是為了保持龍頭地位，防止追隨者超過它們。所以在大多情況下，它們的持續(xù)投資與跟進(jìn)是必需的，雖與工藝尺寸縮小的驅(qū)動(dòng)力有關(guān)，但并不明顯。因?yàn)榧幢隳柖梢训竭_(dá)終點(diǎn)，對于它們的影響都甚微。

　　另外，除了FinFET（3D）、UT SOI（超薄絕緣層上硅）等工藝之外，從產(chǎn)業(yè)鏈角度來說，在未來的10年間全球半導(dǎo)體業(yè)中尚有三大技術(shù)，可能推動(dòng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)又一輪高增長，包括450mm硅片、EUV光刻及TSV的2.5D和3D封裝，它們都涉及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作問題，非單個(gè)企業(yè)的能力能解決。

　　向450mm硅片過渡有波折

　　由于研發(fā)經(jīng)費(fèi)不足，目前說450mm設(shè)備開發(fā)已經(jīng)具備條件是不客觀的，似乎各家廠商正在等待發(fā)令槍聲的到來。

　　450mm硅片的命運(yùn)從開始就是坎坷的，與300mm硅片相比，業(yè)界的質(zhì)疑聲不斷，歸納起來有以下兩個(gè)方面：一是在“大者恒大”的局面下，還有多少客戶能下訂單？而開發(fā)450mm設(shè)備需要投資約200億美元，它的回報(bào)率在哪里？二是設(shè)備大廠缺乏積極性。

　　開發(fā)尚不具備條件

　　存儲(chǔ)器業(yè)自2007年由200mm向300mm硅片過渡，近期半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)基本上除了200mm設(shè)備的翻新業(yè)務(wù)之外，幾乎已全是300mm設(shè)備的訂單。設(shè)備業(yè)經(jīng)過一次又一次的兼并重組，目前能幸存下來的都是各類別身經(jīng)百戰(zhàn)的佼佼者。近期它們的日子也不好過，面臨的形勢也十分嚴(yán)峻，如不加入到450mm行列，就等同于自動(dòng)出列。因此，近兩年來自設(shè)備大廠的反對聲浪已經(jīng)幾乎消停，但是苦于研發(fā)經(jīng)費(fèi)的不足，態(tài)度也不十分積極。

　　由于設(shè)備產(chǎn)業(yè)的特殊性，它們必須要走在技術(shù)的最前列，因此芯片制造業(yè)不得不依賴于此。根據(jù)300mm硅片設(shè)備開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，450mm設(shè)備不是能簡單地把腔體放大就能解決問題的?？梢韵胍姡壳翱蛻舻挠唵螘?huì)集中在14nm甚至10nm（根據(jù)它的導(dǎo)入時(shí)間推算）制程，采用FinFET或者UT SOI等工藝，所以許多設(shè)備要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，至少硅片上的缺陷密度要減少兩個(gè)數(shù)量級(jí)。加上綠色產(chǎn)業(yè)的需要，無論是在設(shè)備的耗電量、耗水量、體積大小、重量等方面都要有大的改進(jìn)。

　　所以目前關(guān)于450mm設(shè)備的進(jìn)展除了EUV光刻機(jī)能吸引人們眼球之外，其他僅有測量設(shè)備等有些報(bào)道，也并不多見，相信各家廠商都在暗自發(fā)力。然而由于研發(fā)經(jīng)費(fèi)的不足，目前說450mm設(shè)備開發(fā)已經(jīng)具備條件是不客觀的，似乎各家廠商正在等待發(fā)令槍聲的到來。

　　臺(tái)積電450mm計(jì)劃資深總監(jiān)游秋山博士于去年提及了公司內(nèi)部對于18英寸晶圓設(shè)備設(shè)定的目標(biāo)，希望與12英寸設(shè)備相比，整體設(shè)備效率能于2018年提升1.1倍、2020年提升至1.8倍。此外，設(shè)備價(jià)格降低70%，尺寸縮小2/3，以及平均每片晶圓能維持與300mm設(shè)備相同的水電消耗量。

　　突破需共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)

　　450mm硅片的進(jìn)程要看何時(shí)業(yè)界的第一條及第二條引導(dǎo)線（或者生產(chǎn)線）運(yùn)行之后，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)預(yù)期的芯片成本下降目標(biāo)。等到設(shè)備真要放量擴(kuò)產(chǎn)時(shí)，設(shè)備制造商與芯片制造商之間可能會(huì)依EUV的發(fā)展模式再次聯(lián)合起來。

　　原因十分簡單，全球共有不到10家客戶，要迅速實(shí)現(xiàn)突破，在缺乏經(jīng)費(fèi)的情形下，不下工夫是肯定不會(huì)成功的，所以一定要共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。另外與300mm硅片設(shè)備相比較，進(jìn)展也不可太快，萬一成本下降效果不是十分明顯的話，那些芯片制造商購買時(shí)就會(huì)很猶豫，導(dǎo)致最初的訂單數(shù)量不會(huì)太多。而設(shè)備是一定要經(jīng)過客戶的試用之后，累積經(jīng)驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)問題、予以改進(jìn)。兩者之間是魚水的關(guān)系，但是各有自己的經(jīng)濟(jì)利益考量。

　　因此，對于全球半導(dǎo)體業(yè)向450mm硅片過渡的前景還是客觀一些為好，事情可能會(huì)有波折，原因是半導(dǎo)體技術(shù)的先進(jìn)性、復(fù)雜性要求已很高，而設(shè)備業(yè)準(zhǔn)備并不很充分。

　　另據(jù)消息，英特爾近日確認(rèn)，位于美國俄勒岡州的Fab 1DX二期工程已經(jīng)破土動(dòng)工，這也是全球第一座將會(huì)用來生產(chǎn)450mm大尺寸晶圓的工廠。