为了阻击台积电和日本半导体，韩国拼了
发布时间：2023-12-25 08:39
发布者：eechina
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来源：半导体产业纵横 12月中旬，韩国总统尹锡悦与荷兰首相马克·吕特发表联合声明，双方构建“半导体同盟”。双方一致认为，两国在全球半导体供应链中有着特殊的互补关系，并重申构建覆盖政府、企业、高校的半导体同盟的决心。为此，双方商定新设经贸部门之间的半导体对话协商机制，同时推进半导体专业人才培养项目。 陪同尹锡悦出访的还有三星电子和SK海力士公司的高管团队，这两家芯片巨头都是荷兰ASML公司的主要客户。 在变化多端的全球半导体市场，为了帮助由三星电子和SK海力士支撑的韩国半导体产业，尹锡悦走到了前台，凸显出韩国政府对于保持并提升本国半导体竞争力的决心。 几周前，三星电子老板李在镕到荷兰与ASML签署了重要协议。从荷兰返回韩国后，李在镕表示，对与ASML达成的协议感到满意。在EUV争夺战愈加激烈的当下，对于三星、英特尔和台积电这三强来说，谁先拿到ASML最先进的EUV设备，且拿到的尽量多，谁就在未来先进制程芯片竞赛中占得了先机。正因为如此，李在镕，甚至尹锡悦才如此积极地奔走。 据悉，按照协议规定，ASML在5年内将提供总共50套设备（不止EUV光刻机），而每台单价约为2000亿韩元（约为11.02亿元人民币），总价值可达10万亿韩元（约为551亿元人民币）。 01 最先进制程之争 综合三星电子、台积电和英特尔的规划来看，2022-2023年实现3nm制程量产，2025年实现2nm量产。其中，三星和台积电的竞争激烈，台积电3nm仍坚持采用改良的FinFET晶体管技术，三星则选择GAAFET技术。目前来看，台积电3nm继续保持市场领先地位，并获得了全球多数大客户的订单。 三星电子在2023年推出了第二代3nm工艺，计划2025年量产2nm，2027年推出1.4nm，到2030年赶上台积电。 2025年，三星将推出2nm（SF2）制程，据悉，该工艺将采用背面供电技术，这样可以进一步提升性能，因为供电电路被移到芯片背面，给正面留出了集成更多晶体管的空间。 在2nm制程之后，三星将增加晶体管的纳米片数量，这样可以增强驱动电流，提高性能，因为更多的纳米片允许更多的电流流过晶体管，从而增强其开关能力和运行速度。更多的纳米片还可以更好地控制电流，有助于减少漏电流，从而降低功耗。改进的电流控制也意味着晶体管产生的热量更少，从而提高了电源效率。 据韩国媒体报道，三星晶圆代工部门正在整合优势资源，快速推进其2nm生产计划。 台积电同样计划于2025年推出2nm制程，也将采用纳米片工艺，到那时，三星已经在GAA晶体管方面拥有丰富的经验，这对晶圆代工很有利。因此，三星对2nm制程寄予厚望，无论是工艺技术，还是良率，可以与台积电分庭抗礼。 近期，台积电已经启动了2nm试产的前置作业，预计导入最先进AI系统来加速试产效率。目标是今年试产近千片，试产顺利后，将导入后续建设完成的竹科宝山Fab 20厂，由该厂团队接力冲刺2024年风险试产与2025年量产目标。 02 EUV设备越来越重要 无论是对于攻城的三星电子，还是对于守城的台积电，必须打好2nm制程量产这一仗。而制程越先进，对EUV光刻设备的依赖度越高，此时，ASML占到了舞台中央。 据悉，2024全年，ASML计划生产10台可生产2nm芯片的EUV设备，而英特尔可能已经预先拿到了其中的6台。这种情况下，三星与台积电在这方面的竞争会更激烈。 在半导体设备领域，韩国在半导体测试等后道设备领域的国产化已经取得重大进展，在前道设备方面，光刻和离子注入机仍处于零国产化的状态。韩国在8大半导体设备方面的国产化率如下：热处理（70%），沉积（65%），清洗（65%），平整化（60%），蚀刻（50%），测量分析（30%），光刻 (0%)，离子注入(0%)。 因此，三星需要将更多的EUV和离子注入设备，以及后续服务和技术支持引入到韩国本土，以提升其先进制程工艺的开发和量产效率。为此，三星电子与ASML签署了一份价值1万亿韩元（7.55 亿美元）的协议。两家公司将在韩国投资建设一家半导体研究工厂，在那里开发EUV技术。三星电子副董事长兼设备解决方案部门负责人 Kyung Kye-hyun 强调，该协议将帮助其获得下一代高 NA（数值孔径）EUV 光刻设备。 在韩国京畿道东滩即将建成的半导体研究工厂中，ASML和三星电子的工程师将共同改进 EUV技术。当然，这并不是要在韩国生产光刻机，而是要与ASML建立更深入的合作伙伴关系，以便三星可以更好地使用最新EUV设备。 03 先进存储芯片也在追求EUV 以上谈的是晶圆代工以及逻辑芯片（CPU、GPU等处理器）采用的先进制程需要更多的EUV设备，除此之外，近些年，先进存储芯片也需要EUV，这方面，三星电子和SK海力士依然是需求大户，这两家与美光科技正在这方面进行竞争。 近些年，存储芯片，特别是DRAM的制程进入了10nm~20nm时代，而且越来越趋近于10nm，这样，常用的DUV光刻机就难以满足最先进制程DRAM的要求，行业三巨头也逐步在产线上引入了EUV设备。 2020年3月，三星电子率先使用EUV光刻机生产DRAM；2021年7月，SK海力士宣布利用EUV量产了LPDDR4内存；2021年10月，三星电子开始用EUV大规模生产14nm制程DRAM。 标准型DRAM芯片需求量远远大于单种类型逻辑芯片，三星电子的1Znm制程DRAM量产结果表明，相比于DUV光刻机，EUV极大简化了制造流程，不仅可以大幅度提高光刻分辨率和DRAM性能，还可以减少使用的掩模数量，从而减少流程步骤，降低缺陷率，并大幅缩短生产周期。 即使EUV掩模费用（数百万美元）远高于DUV，使用EUV光刻机量产DRAM也具有更高的性价比。 近两年，三星电子和SK海力士将EUV光刻机引入1Znm制程DRAM的量产进展顺利，并演进到了第五代1β制程。相对而言，DRAM三巨头中的美光较为保守，没有立即跟进使用EUV。不过，到了2022年，看到使用EUV生产DRAM的诸多好处后，美光也按耐不住了。 据悉，美光将把EUV光刻机引入到该公司在日本的新产线，投资约36亿美元用于1-Gamma制程工艺，美光可以从日本政府那里获得15亿美元的补贴。 显然，在用EUV制造DRAM方面，韩国两强已经走在了前面。韩国政府出面推动与荷兰和ASML的深度合作，有助于三星和SK海力士存储芯片的后续量产升级。 04 应对日本的半导体复兴 最近，韩国政府如此积极地参与本土半导体产业发展，还有一个刺激因素，那就是日本政府和产业界正在集体行动，想复兴本土的半导体产业。 日本企业曾在全球半导体市场占据主导地位，在上世纪80年代后期占据了50%以上的市场份额，但他们目前的份额已经下降到10%左右。尽管在某些领域仍保持着竞争力，例如功率半导体，以及半导体设备和材料，但总体来看，日本需要的很多品类芯片都依赖进口，特别是先进制程（16nm及以下）芯片，其本土几乎是一片荒漠。 近两年，日本政府一直致力于提升本土先进制程芯片的制造能力，并采取了一系列措施。 为了打造本土半导体供应链，日本政府祭出了大量补贴，不仅吸引台积电落脚日本，力积电也将在宫城县以合资方式与日方合作设厂，加上联电既有的三重县晶圆厂，中国台湾四大晶圆代工厂中，已有三家布局日本。 据悉，台积电熊本新厂主建筑已建设完毕并开始移机，有望于2024年第四季度开始量产。台积电还有可能在日本建第二座晶圆厂。 除了鼓励外企前往当地投资建厂，日本政府还在2022年8月筹组了由丰田、索尼、NTT、NEC、软银、电装（Denso）、铠侠、三菱UFJ等8家日企及官方共同成立的Rapidus公司，目标是在2025年开始试产2nm芯片，2027年实现量产。 据日本媒体报道，ASML将于2024年在日本北海道设立新的技术支持中心，以协助Rapidus的2nm晶圆厂安装和维护EUV光刻设备。 Rapidus董事长东哲郎表示，为了打造最先进芯片制造产线，预计将投资7万亿日元（约合540亿美元），才能在2027年量产。之前，8家参股企业和日本政府提供的补贴资金远远不够。今年4月，日本经济产业省敲定计划，将额外向Rapidus提供3000亿日元（约22.7亿美元）补贴。但这依然不够，它们需要投下重注。 虽然日本在先进制程芯片方面很弱，但该国在半导体材料方面处于世界领先地位，半导体前段工序常用的材料一共19种，其中14种都由日本企业主导，特别是10nm制程以下的光刻胶，基本上只有日企能够生产。这对韩国来说是个不小的问题，因为韩国先进芯片制造所需的关键半导体材料大都需要从日本进口，4年前，因为两国政府和民间因一些事端出现对抗情绪，日本切断了向韩国出口相关半导体材料的渠道，特别是光刻胶，韩国的相关技术和产品没有竞争力。这使得韩国政府和相关企业，特别是三星电子和SK海力士非常被动。 今年上半年，日本产业革新投资机构（JIC）同意收购光刻胶巨头JSR，它拥有全球三成左右的市场份额。这家投资机构的背后，就是日本政府。 光刻胶是光刻工艺中最为核心的材料，它的纯度、质量直接决定芯片的良率。 三星集团CEO曾表示：“如果缺少光刻胶，那么光刻机就是一堆废铁。” 2019年，日本跟韩国翻脸，日本不准向韩国出口光刻胶，这在很大程度上影响了三星电子先进制程芯片的生产，特别是良率，直线下滑，因为它只能用纯度不够的光刻胶。 韩国深受教训，韩国政府在那时就立志要强化本土半导体材料的供应能力。2022年12月，三星宣布，韩国东进世美肯(Dongjin Semichem)研发的EUV光刻胶已成功应用于芯片生产，东进也是第一家把EUV光刻胶本土化做到量产水平的韩国公司。 Dongjin Semichem在日本实施出口管制之后就开始研发光刻胶，并于2020年聘请ASML Korea前CEO Kim Young-sun为副会长，为进军EUV光刻胶业务打下基础。据韩媒ETNews报道，Dongjin Semichem制定了High NA EUV光刻胶开发路线图，从今年下半年启动研发项目，目标是最快在2025上半年完成技术开发。 05 结语 英特尔的改变，使得先进制程的竞争更加激烈，行业三强将在2nm制程芯片量产时走到历史进程中最接近的时段，无论是技术，还是量产能力，很可能是是几十年来差距最小的，而且是三家同时竞争。 随着应用需求的发展，存储芯片对制程工艺的要求也越来越高，发展到10nm以下先进制程是迟早的事。 日本作为亚洲半导体业曾经的霸主，后来被韩国拉下马，如今，日本又开启了复兴之路。 在以上这些竞争和压力面前，韩国政府和相关企业的竞争意识不断加强，不进则退，需要更多行动和措施，才能保持住它们的行业地位。 |
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