在2023年,28纳米芯片国产光刻机的研发引发了行业内外的广泛关注。IBM宣布2nm工艺制程取得重大技术突破,这一消息提醒了业界5nm处理器已经进入大规模市场化阶段,芯片巨头们正在向下一个制程竞赛迈进:三星计划推出3nm工艺,将采用全栅极(GAA)FET,而台积电则计划将FinFET扩展到3nm,然后再迁移到2nm的纳米片FET。
长期以来,先进制程一直是芯片厂商竞争的焦点之一,它不仅代表着技术的领先性,也意味着更高性能和更低功耗。但是,并非只有先进制程才是评判标准,良率同样重要。1%的良率可以带来1.5亿美元净利润,因此它成为了从实验室到量产必经之路的一个关键指标。
提升良率对于芯片企业来说至关重要,因为它直接影响成本。一颗合格的芯片可以避免因为质量问题而导致的一系列后续成本。而对于半导体材料厂商Entegris执行副总裁及首席运营官Todd Edlund所言,对于3D NAND晶圆厂而言,一%的良率提高可能意味着每年1.1亿美元净利润;对于逻辑晶圆厂而言,则可能达到1.5亿美元。
然而,不同公司、不同产品与设计标准不同,没有统一标准。王健指出,即便是在消费级产品中,如手机,其制造流程相对简单,但仍然需要严格控制品质,以确保良率。而复杂产品如汽车或航空电子设备,其制造流程更加复杂,要求也更为严格,因此其最终良率会比消费类低,但售价也相应较高。
摩尔定律虽然曾被视作集成电路发展不可动摇的地基,但现在已被认为是一种经济定律。在当前情况下,用更低成本做出更好的产品成为推动摩尔定律发展前行方向。此外,大部分学者赞同提升良率作为一种实际有效的手段,更符合国家政策引导下的内循环需求。
尽管如此,从经济角度看,研发先进制过程中的挑战依旧存在。大约20年前,当PPA(功耗、性能和面积)的评估方法不够全面时,就开始加入其他标准,如成本、时间和可靠性。这正反映出了提升良率与研发新工艺节点之间竞争关系,以及它们如何共同塑造半导体产业未来走向。