日本雄心,2025年量产2nm芯片

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2022-07-29 09:44

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来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank) 编译自日经 ,谢谢。

据日经报道,日本将与美国合作,在年底前开设下一代 2 纳米芯片研发中心,这是他们在围绕行业领导者台湾中建立安全芯片供应链的努力的一部分。


该设施将由计划于今年首次亮相的日本新芯片研究机构建立,利用计划中的美国国家半导体技术中心的设备和人才。


这些国家计划研究尖端的 2 纳米半导体,这些半导体提供卓越的性能,同时使用更少的功率。研发中心将包括一条原型生产线,其目标 是最早在2025年开始在国内量产芯片。


双边供应链合作将纳入周五两国在华盛顿 举行的第一次“二加二”经济和外交首脑会议后发表的联合声明中。


日本经济产业大臣萩田晃一和美国商务部长吉娜·雷蒙多于 5 月制定了芯片合作计划,此后双方根据当月峰会的讨论敲定了细节。


日本国家先进工业科学技术研究所、理研国家研究所和东京大学将参与该项目。


台湾拥有全球 90% 以上的 10 纳米以下半导体产能——用于智能手机等设备——台湾还计划到 2025 年开始生产 2 纳米芯片。


日本和美国的合作目标是保证即使在出现意外情况时也能确保至少获得一些先进芯片。


他们将邀请企业参与研发中心,研究芯片设计、制造设备和材料的开发以及生产线的安装。


一旦大规模生产变得可行,该机构将向日本和国外的公司提供技术。它将与台湾以及韩国等具有共同价值观的国家的企业就合作伙伴关系进行接触。


日本和美国将提供财政支持以促进其芯片产业的发展。东京的一项提案将在十年内投资 1 万亿日元(73 亿美元)用于研发。在美国方面,美国众议院周四通过了 CHIPS and Science Ac,其中包括 520 亿美元的半导体生产和研究补贴,总统乔·拜登预计最早将于本周签署成为法律。


先进芯片的生产现在由台积电领导,其次是韩国三星电子和美国公司英特尔。美国是芯片设计的中心,拥有英伟达、高通等,而日本东京电子、Screen Holdings、信越化学、JSR等在芯片制造设备和材料方面的竞争力很强,为合作提供了沃土。


日本在全球市场的份额已从 1990 年左右的大约一半下降到今天的 15%。开发设计集中在美国,生产集中在台湾。


日本的2nm雄心


在去年五月,就有外媒报道日本政府正在寻求吸引国外优秀的芯片制造商能赴日本建立圆晶工厂,以促进日本在半导体行业的发展。台积电后来也做了决定,虽然是28nm工艺,但也是个好的开始。

媒体在今年一月的报道也指出,台积电将与日本经济产业省成立合资公司,在东京设立先进封测厂。而根据《日刊工业新闻》报导,台积电是要在日本茨城县筑波市新设技术研发中心, 研发中心包括晶圆制程及3D封装。从过往的报道看来,日本的这个决定也是有其背后的考量的。

因为晶体管微缩受限,过去多年在业界就存在一个观点,那就是借用先进封装可以继续推进芯片性能的提升。而台积电在去年九月更是推出了其3D Fabric平台,将SoIC、CoWoS、InFO等技术家族囊入其中,能串联高频宽存储、异构整合和3D堆叠,以提升系统能耗,并缩小面积。台积电研发副总余振华也以TSMC的SoIC技术为例,讲述他们这个平台的优势。他指出,这个技术可将低温多层存储堆叠在逻辑芯片上,帮助延伸摩尔定律。而公司现在已成功将4层、8层与12层低温多层记忆体堆叠在逻辑芯片上,其中12层总厚度更是低于600微米,这让公司在未来可以实现堆叠更多层的可能。

虽然日本已经紧抱台积电,为未来发展先进芯片制造做好了一部分准备。但从日前的新闻看来,日本的野心并不止于此。

日经新闻的最新报道指出,日本经济产业省最快在本周内,会召开与日本半导体产业有关的检讨会,除了会探索瑞萨电子工厂火灾对汽车生产的影响,以及汽车业供应链不稳定的隐忧外,日本政府还计划府着眼朝着数字化发展的当前经济,让半导体供应链体质更加强韧,并从经济安全保障等观点,重新拟定中长期的政策。

日经进一步指出,日本政府将提供资金支持、协助日本企业研发2nm以后的次世代半导体制造技术。为实现这个目标,他们除了继续保持和台积电、Intel等半导体大厂进行大范围的意见交换来进行研发外,他们还将与佳能、东电、SCREEN等本土设备巨头携手,重振日本在先进研发方面的实力。

据报道,这支该获得经产省资金援助的研发团队目标在2020年代中期确立2nm以后的次世代半导体的制造技术,并设立测试产线,研发细微电路的加工、洗净等制造技术。

厚积薄发的底气


正如文章开头所说,虽然日本没有先进的晶圆厂,但他们在先进工艺的上游有很重要的布局。以现在炙手可热的EUV光刻为例,虽然大家都知道全球目前荷兰公司ASML能提供领先的EUV光刻机。但在半导体行业观察之前的报道中,我们可以看到日本公司在这个领域多个环节的实力。


首先来看缺陷检测设备,如果作为原始电路板的光掩模中存在缺陷,则半导体的缺陷率将相应增加。最近几年需求增长尤其旺盛的是EUV光罩(半导体线路的光掩模版、掩膜版)检验设备,在这个领域,日本的Lasertec Corp.是全球唯一的测试机制造商,Lasertec公司持有全球市场100%的份额。

日本另一个占据100%市场份额的是东京电子的EUV涂覆显影设备,该设备用于将特殊的化学液体涂在硅片上作为半导体材料进行显影。1993年东电开始销售FPD生产设备涂布机/显影机,2000年交付了1000台涂布机/显影机“ CLEAN TRACK ACT 8”。

在EUV光刻胶方面,日本的市场份额更是遥遥领先。据南大光电在今年三月发布的相关报告中披露,如下图所示,全球仅有日本厂商研发出了EUV光刻胶,由此可以看到他们在这方面的实力。而欲了解更多日本在EUV方面的实力,可以参考半导体行业观察之前的文章 《不容忽视的日本EUV实力》

国际主要厂商在半导体光刻胶产品的产业化进度(source:南大光电)

在先进工艺研发方面,还有一个重要环节,那就是本节开头谈到的EUV光刻机,这也是日本在先进工艺研发上将佳能纳入其中的原因。虽然这家曾经的光刻机巨头在这个领域已经被ASML抛离,但他们在光刻方面的积累,能某种程度上给日本的先进制造提供指引。


除了上述谈到的一些技术和企业外,如上图所示,日经在昨天的报道中,也披露了日本在半导体制造的多个环节参与其中。由此可见,对于日本来说,要想在芯片制造上搞出一些浪花,是有其深厚的底气。与此同时,日本富岳“超算”上的富士通的48核Arm芯片A64FX的超强性能表现加上索喜5nm芯片的新闻表示,日本在先进芯片上也有其实力所在。

在这些企业的配合下,相信日本复兴半导体先进芯片技术乃至建造先进工艺晶圆厂,都有潜在的可能。当然,是否真会这样做晶圆厂,又是另一个层面的讨论。

日重振半导体,政府顾问:须880亿美金


台积电赴日建厂并获得日本政府的补助,被视为日本提高自身芯片制造能力的关键,据外媒报导,日本政府半导体小组的高级顾问认为,日本做得还不够多,如果想重振半导体产业,明年就应该提供减税优惠,并订下未来十年鼓励企业投资多达10兆日圆(约880亿美元)。


东哲郎认为,日本的半导体产业已低迷数十年,如今有增加补助经费的动作,应是扭转颓势的开端,“没有政府的初期投资,私营企业不会愿意投资。”


东哲郎建议,在未来的10年内,日本政府及私营部门应投资半导体产业10兆日圆。目前,增加对半导体产业的补助,在日本政界内已形成共识,据报导,日本首相岸田文雄也曾称,将为国内半导体生产提供逾1.4兆日圆的投资。


报导提到,因为芯片短缺,各国都在扩大自身的芯片制造能力,并增加补助经费,美国已投入520亿美元(约新台币1.44兆元),并成功吸引到台积电与三星赴美设厂,而中国也有相关的动作。


报导提到,日本过去为人诟病的一点是,对半导体产业的投资不足,并使得市场份额被抢走,如今日本政府也重新重视半导体产业,并承诺将重振半导体产业列为国家项目,目标是到2030年将国内半导体公司的年收入提高约3倍至13兆日圆(约1100字美元)。


东哲郎认为,在下一步,日本政府应在常规预算中,为芯片制造编列额外资金,而非使用一次性的预算进行帮忙。他认为,人们需要看到对这个项目的长期承诺,否则不会把政府当一回事,“若没有政府的初期投资,私营企业不会愿意投资。”


至于日本政府对半导体产业的减税优惠,应涵盖哪些项目,据东哲郎认为,包括:对芯片制造业免征企业所得税的研发、削减用水及公用事业成本,这都是值得讨论的方向。


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