失效剖析 赵工 半导体工程师 2022-08-28 08:50 发表于北京

半导体供给链的一小部分关键依赖关系需求十年和数万亿美圆才干完整复制。这些依赖的典型例子是中国台湾的台积电和荷兰的ASML，但整个行业还有更多的瓶颈。那些熟习半导体行业的人能够很容易地说出另外十几家对全球半导体供给链同样重要的公司。这份名单将包含三星、英特尔、Synopsys、德州仪器、高通、博通、东京电子、应用资料和 Lam Research 等知名公司。

除此之外，半导体供给链中许多不为人知的环节都集中在天文位置上。这些被低估的依赖关系从化学品到设备、制造、封装、IP、设计和芯片。为了展示供给链的集中度和普遍性，这里重点引见奥天时的两家公司。奥天时不以半导体出名，在供给链保险和地缘政治方面也很少讨论到。

固然没有声名远播，但奥天时的 EV Group和 IMS Nanofabrication 对一切先进的半导体制造都至关重要。每家先进的逻辑、DRAM、NAND 和图像传感器制造公司都依赖这两家公司的产品。经过这两家公司，奥天时在晶圆键合范畴的市场份额为 82%，在消费多光束掩模写入机方面的市场份额超越 95%。寻觅替代供给商需求相当长的时间才干完成技术和供给链的替代。

IMS Nanofabrication

IMS Nanofabrication 于 1985 年在维也纳成立。他们中止了激动人心的研讨，但几十年来没有产生出有影响力的产品。2009 年，由于他们的多束直写可编程电子束系统的前景宽广，他们取得了英特尔的投资。最终，英特尔以至收购了该公司，由于他们在 2016 年发布了第一款商用多光束掩模刻录机。该产品及其衍消费品适用于 7nm 以上的一切工艺节点。

EUV 光刻技术被视为先进半导体制造的最大瓶颈，但这些价值超越 1.5 亿美圆的工具是没有光掩模的镇纸。一个恰当的比方是，光掩模能够被以为是光刻工具对芯片层中止图案化所需的物理模板。反过来，IMS Nanofabrication 的多光束掩模写入器能够被视为模板抽屉。就像在印刷机或木版印刷时期一样，主印刷机能够精心创建一切印刷品的基本设计；掩模写入器辅佐创建掩模组，然后将其打印在许多最终芯片上。

多光束掩模写入器实践上比 EUV 光刻工具更精确和精确，但速度十分慢，这是它们仅用于创建掩模组的一个重要缘由。IMS Nanofabrication 在 NuFlare（东芝）是竞争对手，但 东芝的工具不太精确，而且速度较慢。此外，他们的多光束掩模写入器在 IMS Nanofabrication 多年后才开端进入市场。超越 98% 的消费 EUV 掩模是运用IMS Nanofabrication 的多光束掩模写入器制造的。

每个单独的芯片设计都带有一组掩模，在 3nm 级节点上的成本可能高达 5000 万美圆。新设计不只需求新掩模，现有设计也需求新掩膜。随着时间的推移，掩膜开端呈现缺陷；因而，它们需求修理，或者必须制造新的来交流老化的。

假如没有 IMS Nanofabrication 的掩模写入器，一切 EUV 工艺技术都将堕入停顿。EUV 用于超越 7nm 的一切 Intel 和 台积电工艺节点。自 7nm 以来，三星的一切逻辑工艺技术也都运用了 EUV。三星还在其最新的两代 DRAM 工艺技术中运用了 EUV。此外，SK 海力士在其最新一代的 DRAM 工艺技术中运用了 EUV。美光计划将 EUV 引入DRAM。这3家公司占DRAM产量的90%以上。

固然抢先的逻辑至关重要，但每一种电子产品都运用 DRAM，因而不应低估 IMS Nanofabrication 和奥天时在半导体供给链上的重要性。

EV Group

EV Group 是一家总部位于奥天时的私营公司，因而大多数人可能没有听说过他们。他们是用于掩模对准、纳米压印光刻、光刻胶架、晶圆清洗以及检测和计量的半导体制造设备的供给商。固然他们在这些市场上取得了不同水平的胜利，但EV Group完整主导的市场是晶圆键合。他们在这类工具中具有 82% 的市场份额，紧随其后的是东京电子，仅具有 17% 的市场份额。

他们在这一范畴的主导位置意味着索尼、三星和豪威科技制造的大多数 CMOS 图像传感器都将他们的技术用于背照式 CMOS 图像传感器或混合粘合图像传感器。简直一切智能手机、汽车战争安摄像头传感器都与EV Group 工具相关联。

此外，他们的技术用于中国的先进公司。EV Group 的晶圆对晶圆混合键合工具关于这些公司完成业内最高的电池阵列效率至关重要。这种对 NAND 的混合键合的运用也在SK 海力士、铠侠、西部数据、三星和美光的未来道路图中。

除了图像传感器和 NAND，晶圆键合关于前沿逻辑也至关重要。2nm工艺节点将需求晶圆键合工具。片上互连已成为扩展到未来工艺节点的主要限制要素。触点和通孔的电阻呈指数增长，限制了减少到最新工艺节点时的功耗和性能改进。

在过去的几年里，IMEC、英特尔、台积电和应用资料等抢先公司的大量研讨曾经投入到突破这一瓶颈的过程中。曾经找到理处置计划，这些公司都同意后端供电网络是行进的方向。

目前，制造晶体管层（前端），然后是触点，然后是后端，将一切晶体管衔接在一同，并从芯片外部衔接到外部世界。这有几个问题：电源和信号必须在同一个互连堆栈中路由。

背面供电网络试图经过在晶体管层的另一侧添加用于供电的第二个互连层来处置这个问题。信号和电力传输互连能够针对其特定任务分别中止优化。英特尔计划在 2024/2025 年在其 20A 节点上引入这项技术，台积电计划在 2025/2026 年将其作为 2nm 节点的可选部分引入。

构建晶体管层、构建信号互连、键合到晶圆、然后翻转晶圆、显露纳米 TSV 和创立功率传输网络的工艺流程。

英特尔和台积电的这一工艺流程将严重依赖 EV Group 的晶圆对晶圆键合机。

未来，一切中高端 CMOS 图像传感器、全 NAND 闪存、全 DRAM 内存，以及一切超越 7nm 的先进工艺技术都将严重依赖奥天时 EV GROUP 的晶圆上晶圆键合技术和多光束掩模来自奥天时 IMS Nanofabrication 的作者。

在这个半导体处在芯片联盟和高度政治化的时期，假如奥天时愿意，能够单枪匹马地让 NAND、DRAM、逻辑和 CMOS 图像传感器的半导体供给链屈从。

但这只是一个假定的状况，它表明半导体供给链在没有许多国度的状况下无法运作。美国的芯片法案百亿美圆的半导体补贴都不会创建完好的供给链。

来源：旺材芯片

半导体工程师

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