联电:在成熟工艺上过分内卷,开始拼第三代半导体

科技风景线 2022-05-14 13:02:19

  近来一段时间,联电大量采购新设备,进行产能扩产,传言今年下半年,就要铺设生产线。不少人感觉联电在芯片制程工艺方面,可能要迎来新的突破,编者仔细查找了一下资料,发现一些有趣的事情。

第三代半导体

  有人认为现在第三代半导体材料火热,将来是要替代第二代芯片材料的,这样我们的手机以及电脑芯片的机会就来了。其实这本身就是错误百出,一,第三代半导体并不是替换第二代半导体的;二,现在大家所常用的手机以及电脑芯片,也并非是第二代半导体材料制成,而是一直都是第一代半导体材料中的代表:硅(Si)!

  另外第一代半导体还有锗(Ge),其实锗比硅作为半导体材料的历史还要更久更广泛,但是这种材料有天生缺陷,在耐高温以及抗辐射方面都存在极大问题,结果被硅直接碾压,直到今天,硅都是全世界应用最多、最广泛的半导体材料,有人统计称超过95%的半导体、和超过99%的集成电路都是用硅半导体材料制造的。

  不要觉得夸张,事实就是如此,无论是我们的手机处理器,还是电脑CPU,包括GPU,主要材料一直都是硅。由此可见,人们在半导体领域对硅的需求量是如此的巨大,让人欣慰的是我们这个地球上,最不缺的就是沙子,而这也是硅最主要的来源。

  那么第二代半导体材料是指哪些呢?典型代表则为:砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)。

  估计很多人对这些材料有些陌生,其实也不奇怪,因为这些材料本身就有点远离我们的日常,比如它们常被应用于卫星通讯、移动通讯、光通信、卫星导航等领域,这些都属于高精尖领域,我们虽然也在使用这些领域的产品功能,但是却和我们有点不沾边。

  无论是砷化镓(GaAs),还是磷化铟(InP),还是其他的第二代半导体材料,特点都是电子迁移率高,可用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,比如光芯片等,所以上述应用领域也基本上属于通信通讯领域,包括高性能微波、毫米波器件及发光器件的制造等。

  至于现在火热的第三代半导体,则是进入到21世纪以后所发展起来的半导体材料,人们的关注点一般都是氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC),除此之外还有氧化锌(ZnO)等材料。

  第三代半导体材料有几个特点,击穿场强、功率密度高,包括更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力以及更大的电子饱和漂移速率等特性。因为这些特性,所以更适合当作高温、高频、抗辐射的材料,比如高频芯片、高压芯片及大功率电子器件的材料,具体应用就包括当下已经成为潮流的快速充电、新能源汽车,另外还有5G基站。

  尤其是在后面两个领域,是支撑智能、绿色、可持续发展电气化之路的关键,也可以说这些都是国与国决胜未来的关键领域,所以说,这一点无论是我们国家还是其他发达国家,基本上都在争先投入。而对于想在晶圆代工领域分一杯羹的芯片代工厂来说,那就更加需要在这方面进行投入了。

互补而非替代

  随着第三代半导体材料的火热,不少人感觉到属于国产芯片的机会来了,甚至是认为不需要使用那么先进的工艺,也可以实现芯片性能的突破。说实话,看到上面有关半导体材料的发展以及应用,我们就可以发现,第三代半导体的出现,并非是为了取代第一代半导体的,要说使用第三代半导体材料来制造芯片,用于取代硅芯片,现在看来,可能性不大。

  天天喊着弯道超车,有种自欺欺人的感觉,最起码我们应该了解,第三代半导体生产设备材料和现在的CPU制造设备、工艺、材料等不大致上是一样的,恐怕知道了这一点我们就会发现,在光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉淀等方面,我们还是需要一步步进行推进、攻关的,同样也是快不得的。

一段让人唏嘘的故事

  说起来现在的芯片代工,很多人想到的都是台积电,还有三星,感觉到联电的芯片制造工艺已经渐渐落后了,其实,这也是有一段让人唏嘘的故事。

  作为世界半导体发展的先驱,联电一直都是全球领先的芯片制造商,即便是台积电,早前也是落后联电一个身段的,两者在芯片制造工艺方面,联电也曾多次获得领先,比如联电就是世界上第一家导入铜制程产出晶圆、生产12英寸晶圆的公司,也是世界上第一个生产出65nm制程芯片的公司,同时也是第一家采用28nm制程技术产出芯片的公司。

  遗憾的是28nm却成为了一个分水岭,之后,联电开始落后,现在已经被台积电远远抛在了身后。如果我们再仔细了解一下28nm这个工艺节点,就会发现,很多代工厂在这时候都会遇到一个坎,要么是迈不过去,要么是迈过去之后,接下来的突破也乏力了。

  这个既和设备工艺材料技术相关,也和其后的开发投入成本暴增相关,而且也和市场需求减弱相关,毕竟迄今为止,大部分的芯片需求还是在28nm以及之前的工艺上。

  在艰难推进到14nm工艺之后,联电算是彻底跟不上了,即便有了12nm的部分突破,联电在2018年的时候,还是无奈宣布退出更先进技术工艺上的争夺,转而在专注在成熟工艺上进行深耕。这一点,格芯在后来也是步了联电的后尘。这也再次说明,在先进制程工艺方面,不是随便玩玩就可以的,很多企业也玩不起。

联电大举购置新机台扩产,是为了提升产能?

  可以说从联电宣布放弃7nm以及更先进的工艺之后,这条路已经基本上被他们自己断绝了,虽然不能绝对排除随着技术上的慢慢积累,联电还会在先进工艺方面更进一步,但是截止到目前是看不到任何迹象的。

  那么联电此次大举引入新设备的目的就是为了成熟工艺制程?其实也不对,因为从联电宣布转战成熟工艺之后已经这样做过了,而现在他们有了新目标:第三代半导体。

  现在氮化镓、碳化硅等第三代半导体方兴未艾,这让联电看到了机会,毕竟他们所押注的正是成熟工艺,还有一个好处,相比于28nm等成熟工艺,在第三代半导体技术方面还是有些难度的,而联电都已经掌握了,此时下场,既防止了在成熟工艺上的过分内卷,也能够在第三代半导体领域获得更好的经济效益,占领了抢占市场的先机,联电就是获得了未来很长一段时间的发展动力,这个也是当初从“看重收益不看重新工艺”转变的初衷。

  市场上成熟的设备、材料,加上联电本有的工艺技术,已经足矣,联电正是看到了这一点,所以才会大举购置新机台。

  综合所述,我们也可以看出来,在一些设备方面,前几代半导体的工艺流程类似,尤其是在设备方面,更是大差不差,在第一代半导体上所需要的制造设备,在第三代半导体上同样需要,对于我们来说,每一代半导体都需要我们加油追赶。

  只是目前来说,在第三代半导体方面工艺需求不高,所以在相关设备方面,需求不是那么紧迫,这让我们看到了可以获得领先的机会,不过不能排除今后也会面临设备落后的问题,所以耽搁不得,不抓住这个机会,今后同样会有很大的麻烦。#联电大举购置新机台扩产#

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