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  • EUV光刻机争夺战背地:三星为什么落背景积电?

    本文来自微信民众号:半导体行业视察(ID:icbank),作者:汤之上隆(微细加工研讨所所长),原标题《EUV争夺战背地》,头图来自:ASML

    三星电子李在镕副会长于10月13日紧要接见了荷兰的半导体装备厂家——ASML,并与ASML的CEO Peter Wennink教师、CTO Martin van den Brink教师举行了谈判,且媒体《Business Korea》对此举行了报导。ASML是环球唯一一家能够供应尖端光刻装备(EUV)的厂家,半导体厂商能够购置到的EUV装备数目是近期半导体微缩化协作的核心地点。

    《Business Korea》在报导中指出,“两边就EUV装备(可否应用7纳米或许7纳米以下尖端工艺生产出尖端半导体,EUV装备是关键地点)的供应设计交换了看法”、两边还就AI芯片等将来半导体的新手艺研发方面的协作、新冠肺炎以后的市场瞻望半导体手艺计谋举行了谈判”。

    然则,笔者以为李副会长造访ASML的目的不仅仅是交换看法、谈判。那末,真正的目的是什么呢?笔者以为有以下两点。

    1. 愿望ASML给三星电子供应更多的EUV装备。

    2. 愿望ASML辅佐三星电子越发顺遂地运用已购置的EUV装备。

    在采纳了EUV的半导体微缩化方面,台积电(TSMC)环球抢先。作为存储半导体的“冠军”——三星电子设计在2030年之前在逻辑半导体的生产方面赶上台积电。然则,从现在的状态来看,ASML没法根据设计为三星供应EUV装备,别的,关于三星已引进的EUV量产装备,好像运用的也不是很顺遂。效果,致使三星电子与台积电的差别愈来愈大。

    因而,笔者瞻望,觉察到危急的三星电子的李副会长与ASML的高层见面,就EUV的供应、已购入的EUV装备的运用,向ASML追求协助。

    在本文中,笔者起首叙说一下当下最尖端的半导体微缩化状况。其次,再申明ASML的EUV装备供应不足的状况。别的,再叙述三星电子对EUV装备的运用闇练程度不及台积电。别的,笔者再叙述李副会长接见ASML是不是有用。末了,笔者指出,在EUV方面,三星电子的上风不及台积电,纵然李副会长接见ASML,也很难挽回近况。

    一、尖端逻辑半导体的近况

    下图1是逻辑半导体、Foundry微缩化加工手艺的蓝图。图中的○△×是笔者增加的,代表的意义以下:

    ○:其微缩化加工手艺的R&D(研讨、开发)已完成,且已入手下手量产,别的,估计量产会顺遂举行。

    △:其微缩化加工手艺的R&D(研讨、开发)在某种程度上完成了,但并没有完整进入量产。

    ×:其微缩化加工手艺的R&D(研讨、开发)并未完成,别的,虽然R&D的目的明白,但仍未建立量产体系体例。

    EUV光刻机争夺战背地:三星为什么落背景积电?插图

    图片出自:biz-journal

    台积电是环球微缩化加工手艺最先进的厂家,2019年量产了7nm+(将EUV手艺应用于孔中),且在2020年已入手下手量产将EUV应用于排线层的5纳米。别的,已完成3纳米的研发,设计在2021年入手下手风险量产。同时,台积电设计在2024年完成2纳米的量产,现在正在顺遂地为之挑选装备、材料。云云能够看出,新冠肺炎不仅没有对台积电的微缩化形成影响,反而促进了台积电的研发。

    比拟之下,三星电子的状况如何呢?三星电子在2019年7月2日宣布说新款Galaxy Note上的处置惩罚器——Exynos 9825是用7纳米(采纳EUV)制作的。厥后,2019年下半年宣布6纳米、本年宣布5纳米,仅从数字来看,三星电子毫不亚于台积电。

    笔者这么说的根据是三星电子的EUV手艺不及台积电成熟、良率也不及台积电,因而很难说三星电子的EUV批量生产手艺很顺遂。其证据是三星没有胜利取得NVIDIA的7纳米营业(其图象处置惩罚器GPU囊括环球)

    综上所述,我们能够得知三星电子和台积电的手艺差别,而手艺差别发作的缘由是什么呢?

    二、台积电做了什么预备来完成EUV的量产呢?

    要闇练运用新装备,须要消费相称长的时刻。尤其是运用环球最尖端的装备——EUV光刻机装备举行量产半导体产物,直到防止Bug的涌现,须要消费的时刻极为冗长。

    比方说,笔者记得,在九十年代初处置半导体手艺员的时刻,从水银灯的i线暴光装备切换到KrF 量体(Excited Dimer)激光光源时,消费了5年~6年的时刻。也就是说要闇练运用新装备,这些时刻是必需的。

    EUV光刻机争夺战背地:三星为什么落背景积电?插图1

    图片出自:biz-journal

    别的,历经KrF、ArF干蚀、ArF液浸,2019年迎来了EUV。要闇练运用EUV装备,台积电究竟做了什么预备呢?台积电应当没有5年-6年的时刻去为EUV的量产做预备,那末,台积电究竟做了什么?

    集合多方信息,台积电在2018年,在7~8台EUV装备上每个月投入了约6万~8万颗晶圆,边处置惩罚Bug问题、边举行量产前的预备。假定每个月最大投入量为8万个,台积电每年在EUV装备上投入了约100万颗晶圆,且悉数报废了。基于以上这些巨量的预备工作,终究在2019年量产了7nm+工艺(仅在孔部位实行EUV),因而胜利地将尖端工艺手艺用在了华为的手机上。

    三、三星电子的EUV状况

    要量产运用EUV装备,须要消费大批量的时刻和晶圆,三星电子的状况如何呢?2018年三星电子旗下华城半导体工场(三星的Foundry据点)引进了八台EUV装备。

    然则,从Foundry的范围来看,用12英寸晶圆来换算,相对台积电的月产120万个(以至更多)而言,三星电子月产唯一30万个(虽然笔者不相识正确数字)。别的,根据这类范围来盘算,假如倏忽要量产运用EUV装备,很有大概致使逻辑半导体全军覆灭。

    别的,多位相干人士示意,三星电子为了量产运用EUV装备,已挪用了多个DRAM的量产工场。三星电子具有月产能约为50万个的大型DRAM工场。个中,将月产3000个~1万个(最大)的工场临时用来EUV的“量产演习”。

    有多家媒体报导指出,三星电子已将EUV应用于最尖端的DRAM生产,三星电子自身也在2020年5月20日的消息中宣布说,“用EUV生产的第四代10纳米级别的DRAM的出货数目达到了100万个”。

    然则,我们不能完整置信!现在,一个12英寸晶圆能够同时生产出约1500个DRAM。因而,晶圆数目为:100万个DRAM/1500=667个,假定良率为80%,晶圆数目为:100万个DRAM/(1500*80%)=833个。也就是说,100万个DRAM是在月产为50万的大型DRAM产线上、以不足1000个的范围生产出来的。因而,三星电子提出的“已生产了采纳EUV手艺的DRAM”虽然没有错,但从业界基本知识来看,很难得出“将EUV应用在了DRAM的量产上”这一结论。

    这类状况,笔者以为“三星电子愿望将EUV应用于逻辑半导体,但没法确保试验场合,因而临时借用了大型的DRAM的产线,很有时做出了100万个DRAM”。与台积电比拟,差别还很远。

    四、EUV装备数目差别延续拉大

    如上所述,在运用EUV的闇练程度上,三星电子与台积电有很大的差别。但是,三星电子却提出了要在2030年之前在Foundry方面赶上台积电的目的,且在为之勤奋。因而,三星在存储半导体的生产据点——平泽建设了EUV专用厂房(不是在Foundry的据点——华成),听说三星电子的目的是在2025年之前引进约100台EUV装备。

    但是,三星电子的这一设计却“触礁” 了。理由是ASML的EUV装备产能完整赶不上半导体厂家的定单数目。(以下图3)

    EUV光刻机争夺战背地:三星为什么落背景积电?插图2

    图片出自:biz-journal

    环球唯一的EUV装备生产商——ASML在2015年出货了6台、2017年10台,2018年18台,2019年26台,估计2020年出货36台。但是,Open PO数目在不停增进,在2020年的第二季度已达到了56台。

    笔者以为,在ASML 2020年出货的36台装备中大部份都是出给台积电的。假如三星电子也购置了EUV装备,最多也就是1~2台(以下图4)。能够推想,在2020年岁终各家厂家持有的EUV装备数目以下,台积电为61台,三星电子最多为10台摆布。

    EUV光刻机争夺战背地:三星为什么落背景积电?插图3

    图片出自:biz-journal

    后续台积电每年会引进约20-30台EUV装备,估计在2025岁终会具有约185台EUV装备(以至更多)(注),另一方面,三星电子的目的是在2025岁终具有约100台EUV装备,从ASML的生产产能来看,相称难题。

    (注):本稿刊行后,笔者又举行了观察发明,2025年岁终时刻点,台积电所持有的EUV光刻机数目远远多于185台。

    五、将来的瞻望

    如上所述,三星电子没法闇练操纵运用EUV装备、且照此生长下去,很难确保其引进的装备数目。假如三星电子维持近况,那末与台积电的差别将会越来越大。为了突破这一危急状况,如文章开头的《Business Korea》所述,三星电子的真正Top——李副会长与ASML的CEO&CTO举行了直接谈判。其谈判内容应当是“愿望给三星电子供应更多的EUV装备”、“请辅佐三星电子闇练运用已引进的EUV量产装备”。

    然则,关于ASML而言,其主要客户是台积电。在2018年一全年,台积电消费一年的时刻、投入100万个晶圆,不停试错,并反馈给ASML,并举行改进、改进,才使7nm+、5nm得以量产。将来还要量产3纳米、2纳米。苹果、AMD、高通、NVIDIA(将来或许另有英特尔)都在依靠着台积电的尖端工艺。ASML的EUV装备一定适用于尖端工艺、且会继承提高和生长。

    虽然三星电子的高层倏忽接见ASML,ASML也不会无视台积电而“密切”三星电子。然则,这天下在什么时候、发作何事,也都不好瞻望。将来我们将继承关注台积电、三星电子、ASML的意向。

    本文来自微信民众号:半导体行业视察(ID:icbank),作者:汤之上隆(微细加工研讨所所长)

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