沉默的王者：奧地利在先進(jìn)半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的壟斷

來(lái)源：由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫編譯自semianalysis

半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的一小部分關(guān)鍵依賴(lài)關(guān)系需要十年和數(shù)萬(wàn)億美元才能完全復(fù)制。這些依賴(lài)的典型例子是中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電和荷蘭的ASML，但整個(gè)行業(yè)還有更多的瓶頸。那些熟悉半導(dǎo)體行業(yè)的人可以很容易地說(shuō)出另外十幾家對(duì)全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈同樣重要的公司。這份名單將包括三星、英特爾、Synopsys、德州儀器、高通、博通、東京電子、應(yīng)用材料和 Lam Research 等知名公司。除此之外，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中許多不為人知的環(huán)節(jié)都集中在地理位置上。這些被低估的依賴(lài)關(guān)系從化學(xué)品到設(shè)備、制造、封裝、IP、設(shè)計(jì)和芯片。為了展示供應(yīng)鏈的集中度和廣泛性，這里重點(diǎn)介紹奧地利的兩家公司。奧地利不以半導(dǎo)體聞名，在供應(yīng)鏈安全和地緣政治方面也很少討論到。盡管沒(méi)有聲名遠(yuǎn)播，但奧地利的 EV Group和 IMS Nanofabrication 對(duì)所有先進(jìn)的半導(dǎo)體制造都至關(guān)重要。每家先進(jìn)的邏輯、DRAM、NAND 和圖像傳感器制造公司都依賴(lài)這兩家公司的產(chǎn)品。通過(guò)這兩家公司，奧地利在晶圓鍵合領(lǐng)域的市場(chǎng)份額為 82%，在生產(chǎn)多光束掩模寫(xiě)入機(jī)方面的市場(chǎng)份額超過(guò) 95%。尋找替代供應(yīng)商需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)技術(shù)和供應(yīng)鏈的替代。IMS NanofabricationIMS Nanofabrication 于 1985 年在維也納成立。他們進(jìn)行了激動(dòng)人心的研究，但幾十年來(lái)沒(méi)有產(chǎn)生出有影響力的產(chǎn)品。2009 年，由于他們的多束直寫(xiě)可編程電子束系統(tǒng)的前景廣闊，他們獲得了英特爾的投資。最終，英特爾甚至收購(gòu)了該公司，因?yàn)樗麄冊(cè)?2016 年發(fā)布了第一款商用多光束掩模刻錄機(jī)。該產(chǎn)品及其衍生產(chǎn)品適用于 7nm 以上的所有工藝節(jié)點(diǎn)。EUV 光刻技術(shù)被視為先進(jìn)半導(dǎo)體制造的最大瓶頸，但這些價(jià)值超過(guò) 1.5 億美元的工具是沒(méi)有光掩模的鎮(zhèn)紙。一個(gè)恰當(dāng)?shù)谋扔魇?，光掩模可以被認(rèn)為是光刻工具對(duì)芯片層進(jìn)行圖案化所需的物理模板。反過(guò)來(lái)，IMS Nanofabrication 的多光束掩模寫(xiě)入器可以被視為模板抽屜。就像在印刷機(jī)或木版印刷時(shí)代一樣，主印刷機(jī)可以精心創(chuàng)建所有印刷品的基本設(shè)計(jì)；掩模寫(xiě)入器幫助創(chuàng)建掩模組，然后將其打印在許多最終芯片上。多光束掩模寫(xiě)入器實(shí)際上比 EUV 光刻工具更精確和準(zhǔn)確，但速度非常慢，這是它們僅用于創(chuàng)建掩模組的一個(gè)重要原因。IMS Nanofabrication 在 NuFlare（東芝）是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但 東芝的工具不太精確，而且速度較慢。此外，他們的多光束掩模寫(xiě)入器在 IMS Nanofabrication 多年后才開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。超過(guò) 98% 的生產(chǎn) EUV 掩模是使用IMS Nanofabrication 的多光束掩模寫(xiě)入器制造的。每個(gè)單獨(dú)的芯片設(shè)計(jì)都帶有一組掩模，在 3nm 級(jí)節(jié)點(diǎn)上的成本可能高達(dá) 5000 萬(wàn)美元。新設(shè)計(jì)不僅需要新掩模，現(xiàn)有設(shè)計(jì)也需要新掩膜。隨著時(shí)間的推移，掩膜開(kāi)始出現(xiàn)缺陷；因此，它們需要修理，或者必須制造新的來(lái)替換老化的。如果沒(méi)有 IMS Nanofabrication 的掩模寫(xiě)入器，所有 EUV 工藝技術(shù)都將陷入停頓。EUV 用于超過(guò) 7nm 的所有 Intel 和 臺(tái)積電工藝節(jié)點(diǎn)。自 7nm 以來(lái)，三星的所有邏輯工藝技術(shù)也都使用了 EUV。三星還在其最新的兩代 DRAM 工藝技術(shù)中使用了 EUV。此外，SK 海力士在其最新一代的 DRAM 工藝技術(shù)中使用了 EUV。美光計(jì)劃將 EUV 引入DRAM。這3家公司占DRAM產(chǎn)量的90%以上。雖然領(lǐng)先的邏輯至關(guān)重要，但每一種電子產(chǎn)品都使用 DRAM，因此不應(yīng)低估 IMS Nanofabrication 和奧地利在半導(dǎo)體供應(yīng)鏈上的重要性。EV GroupEV Group 是一家總部位于奧地利的私營(yíng)公司，因此大多數(shù)人可能沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)他們。他們是用于掩模對(duì)準(zhǔn)、納米壓印光刻、光刻膠架、晶圓清洗以及檢測(cè)和計(jì)量的半導(dǎo)體制造設(shè)備的供應(yīng)商。雖然他們?cè)谶@些市場(chǎng)上取得了不同程度的成功，但EV Group完全主導(dǎo)的市場(chǎng)是晶圓鍵合。他們?cè)谶@類(lèi)工具中擁有 82% 的市場(chǎng)份額，緊隨其后的是東京電子，僅擁有 17% 的市場(chǎng)份額。他們?cè)谶@一領(lǐng)域的主導(dǎo)地位意味著索尼、三星和豪威科技制造的大多數(shù) CMOS 圖像傳感器都將他們的技術(shù)用于背照式 CMOS 圖像傳感器或混合粘合圖像傳感器。幾乎所有智能手機(jī)、汽車(chē)和安全攝像頭傳感器都與EV Group 工具相關(guān)聯(lián)。此外，他們的技術(shù)用于中國(guó)的先進(jìn)公司。EV Group 的晶圓對(duì)晶圓混合鍵合工具對(duì)于這些公司實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)最高的電池陣列效率至關(guān)重要。這種對(duì) NAND 的混合鍵合的使用也在SK 海力士、鎧俠、西部數(shù)據(jù)、三星和美光的未來(lái)路線圖中。除了圖像傳感器和 NAND，晶圓鍵合對(duì)于前沿邏輯也至關(guān)重要。2nm工藝節(jié)點(diǎn)將需要晶圓鍵合工具。片上互連已成為擴(kuò)展到未來(lái)工藝節(jié)點(diǎn)的主要限制因素。觸點(diǎn)和通孔的電阻呈指數(shù)增長(zhǎng)，限制了縮小到最新工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)的功耗和性能改進(jìn)。在過(guò)去的幾年里，IMEC、英特爾、臺(tái)積電和應(yīng)用材料等領(lǐng)先公司的大量研究已經(jīng)投入到打破這一瓶頸的過(guò)程中。已經(jīng)找到了解決方案，這些公司都同意后端供電網(wǎng)絡(luò)是前進(jìn)的方向。目前，制造晶體管層（前端），然后是觸點(diǎn)，然后是后端，將所有晶體管連接在一起，并從芯片外部連接到外部世界。這有幾個(gè)問(wèn)題：電源和信號(hào)必須在同一個(gè)互連堆棧中路由。背面供電網(wǎng)絡(luò)試圖通過(guò)在晶體管層的另一側(cè)添加用于供電的第二個(gè)互連層來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。信號(hào)和電力傳輸互連可以針對(duì)其特定任務(wù)分別進(jìn)行優(yōu)化。英特爾計(jì)劃在 2024/2025 年在其 20A 節(jié)點(diǎn)上引入這項(xiàng)技術(shù)，臺(tái)積電計(jì)劃在 2025/2026 年將其作為 2nm 節(jié)點(diǎn)的可選部分引入。構(gòu)建晶體管層、構(gòu)建信號(hào)互連、鍵合到晶圓、然后翻轉(zhuǎn)晶圓、露出納米 TSV 和創(chuàng)建功率傳輸網(wǎng)絡(luò)的工藝流程。英特爾和臺(tái)積電的這一工藝流程將嚴(yán)重依賴(lài) EV Group 的晶圓對(duì)晶圓鍵合機(jī)。未來(lái)，所有中高端 CMOS 圖像傳感器、全 NAND 閃存、全 DRAM 內(nèi)存，以及所有超過(guò) 7nm 的先進(jìn)工藝技術(shù)都將嚴(yán)重依賴(lài)奧地利 EV GROUP 的晶圓上晶圓鍵合技術(shù)和多光束掩模來(lái)自?shī)W地利 IMS Nanofabrication 的作者。在這個(gè)半導(dǎo)體處在芯片聯(lián)盟和高度政治化的時(shí)代，如果奧地利愿意，可以單槍匹馬地讓 NAND、DRAM、邏輯和 CMOS 圖像傳感器的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈屈服。但這只是一個(gè)假設(shè)的情況，它表明半導(dǎo)體供應(yīng)鏈在沒(méi)有許多國(guó)家的情況下無(wú)法運(yùn)作。美國(guó)的芯片法案百億美元的半導(dǎo)體補(bǔ)貼都不會(huì)創(chuàng)建完整的供應(yīng)鏈。

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