日本啟動(dòng)2nm制程晶圓測試生產(chǎn)
報(bào)道稱,日本新創(chuàng)晶圓代工廠商Rapidus的IIM-1廠區(qū)已經(jīng)展開對(duì)采用2nm環(huán)繞柵極(GAA)晶體管技術(shù)的測試晶圓進(jìn)行原型制作,并計(jì)劃在2027年量產(chǎn)。為了支持早期客戶,Rapidus正在準(zhǔn)備于2026年第一季發(fā)表其制程開發(fā)套件(PDK)的第一個(gè)版本。
根據(jù)最近披露的數(shù)據(jù),2023年9月,Rapidus在北海道千歲地區(qū)開始建設(shè)其首座晶圓廠IIM-1;2024年4月,晶圓廠的框架、潔凈室和基礎(chǔ)設(shè)備就已完工;2024年12月,引進(jìn)了ASML的EUV光刻機(jī)設(shè)備;2025年4月,啟動(dòng)了中試線,隨后7月成功完成了第一片基于GAAFET晶圓的電特性測試(即器件能夠正常工作的最低概念驗(yàn)證信號(hào))。
原型制作是半導(dǎo)體生產(chǎn)中的一個(gè)重要里程碑,目的在驗(yàn)證使用新技術(shù)制造的早期測試電路是否可靠、高效并達(dá)到性能目標(biāo)。目前,Rapidus正在測量其測試電路的電氣特性,包括臨界電壓、驅(qū)動(dòng)電流、漏電流、次臨界斜率、開關(guān)速度、功耗和電容等參數(shù),不過并未公開具體結(jié)果。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行,Rapidus可能會(huì)在定于2025年12月舉行的VLSI技術(shù)研討會(huì)上公布詳細(xì)規(guī)格。
Rapidus在其公告中特別提到,計(jì)劃將單晶圓方法應(yīng)用于所有制程步驟,包括氧化、離子植入、圖形化、沉積、蝕刻、清洗和退火等。由于每片晶圓都是獨(dú)立處理的,工程師可以即時(shí)微調(diào)參數(shù)、提早檢測異常并迅速應(yīng)用校正,無需等待整個(gè)組合測試的完成。
單晶圓處理通常用于需要高精度的關(guān)鍵步驟,如EUV/DUV圖形化、等離子蝕刻、原子層沉積或缺陷監(jiān)控;而對(duì)于氧化、離子植入、清洗和退火等其他步驟,它們則以組合方式處理晶圓。目前,英特爾、三星和臺(tái)積電等大型芯片制造商在其半導(dǎo)體制造過程中,采用組合和單晶圓處理方法的組合。不過,單晶圓制程系統(tǒng)也更容易改變?cè)O(shè)定并在小批量和大量生產(chǎn)之間切換,這對(duì)Rapidus來說很重要,因?yàn)槠淠繕?biāo)是服務(wù)較小的制造商。
然而,由于晶圓一次一片的處理,每個(gè)工具的產(chǎn)量(某些工具)會(huì)比大量處理低,可能延長生產(chǎn)周期時(shí)間,并增加生產(chǎn)成本。這使得所需的設(shè)備更復(fù)雜且昂貴,而且單獨(dú)協(xié)調(diào)所有步驟中晶圓的移動(dòng)會(huì)增加額外開銷。盡管如此,Rapidus相信雖然前期成本較高且處理速度較慢,但在缺陷減少、良率提升和調(diào)節(jié)制程控制方面的長期效益,可以使單晶圓處理成為2nm及更先進(jìn)芯片生產(chǎn)的有力策略。
Rapidus于2022年成立,是日本重建國內(nèi)芯片制造能力戰(zhàn)略的核心,根據(jù)日媒報(bào)道,該芯片制造項(xiàng)目的總成本估計(jì)為5萬億日元(約2418億人民幣)。日本政府已承諾撥款高達(dá)1.7萬億日元(約合822億人民幣),用于支持Rapidus的研發(fā)和生產(chǎn)。四月,日本國會(huì)通過的一項(xiàng)法案還將允許政府直接投資Rapidus并為其提供銀行貸款擔(dān)保,這在日本產(chǎn)業(yè)政策中是一個(gè)罕見的例外。
目前,Rapidus僅獲得了量產(chǎn)所需資金的一小部分,而其競爭對(duì)手經(jīng)驗(yàn)更豐富,規(guī)模也更大。2025年第一季度,在全球前五大晶圓代工業(yè)者排名中,臺(tái)積電以67.6%的市場份額穩(wěn)居第一;三星以7.7%的市場份額位居第二,其營收下降了11.3%;中芯國際以6.0%的市場份額排名第三,營收增長了1.8%;聯(lián)電以4.7%的市場份額位列第四,營收下降了5.8%;格芯以4.2%的市場份額排名第五,其營收下降了13.9%。這五家公司合計(jì)占據(jù)了全球晶圓代工市場90.2%的份額。
值得注意的是,Rapidus代工工藝采用單晶圓工藝,這與其他主要采用批量生產(chǎn)方式的代工廠不同。打個(gè)比方,如果其他公司擁有像現(xiàn)代或豐田這樣的大規(guī)模生產(chǎn)線,那么Rapidus就像是手工制造蘭博基尼或法拉利等超級(jí)跑車的流程。像蘭博基尼或法拉利這樣的超級(jí)跑車可以保持比一般量產(chǎn)汽車高出近10倍的單價(jià),這才使得這種手工制造成為可能,但是,沒有人確定Rapidus能夠制造出蘭博基尼級(jí)別的“超級(jí)跑車”。
其實(shí),Rapidus宣布啟動(dòng)之初就有眾多專家持懷疑態(tài)度,原因在于其跳過了日本已停產(chǎn)的18nm及以下工藝與2nm工藝之間的所有“階梯式”技術(shù)。各個(gè)階段不僅僅是確保漸進(jìn)式技術(shù)的策略,更是至關(guān)重要的墊腳石。如果在專利搜索門戶上搜索Rapidus的文獻(xiàn),會(huì)發(fā)現(xiàn)一些工藝技術(shù)專利,但大部分只主張2nm工藝集成度的權(quán)利,無法確認(rèn)具體工藝參數(shù)的描述(柵極堆棧配置、光刻掩模設(shè)計(jì)、氧化物材料等)。
考慮到Rapidus晶圓廠規(guī)模相對(duì)較小,客戶生態(tài)系統(tǒng)尚未充分形成,從商業(yè)角度來看,難以確保Rapidus作為晶圓代工廠可持續(xù)發(fā)展的判斷。畢竟月產(chǎn)能不足1萬片的晶圓廠,與采用研發(fā)型產(chǎn)線的晶圓廠在規(guī)模上并無太大差異。
評(píng)論