半导体主角更替3D技术竞赛

世界半导体大型企业英特尔和台积电（TSMC）等的尖端开发的情况正在改变。仅凭缩小电路线宽、提高集成度的“微细化”已不能跟上性能提高的需求，日趋需要新技术。各企业竞相开发的是将多个芯片堆叠起来，提高性能的三维（3D）技术。在半导体技术的新主角亮相的背景下，日本的设备和材料企业也在迎来商机。

“要让产品水平符合‘摩尔定律’，封装技术的升级变得重要”，2021年12月在东京发表演讲的英特尔高管佩恩·巴依（音译）呼吁日本设备和材料厂商提供协助。

摩尔定律是意为半导体性能在18个月～2年里提高至2倍的“经验法则”。实际上，在半个多世纪里，一直维持法则所预示的性能提高。起到牵引作用的是微细化技术，一直使电路变得更细，装入更多用于运算等的元件。

以美国苹果公司使用的半导体为例，2020年采用的芯片处理晶体管达到118亿个，在1年里增加逾30亿个。归根结底，一直支撑智能手机等飞跃式升级的也是微细化。

微细化笼罩阴影

这种微细化的速度已开始笼罩阴影。最细小的电路线宽为十多纳米（纳米为10亿分之1米）。要描绘更加微细的电路，物理上的制约明显，制造和开发所需的成本有可能超过性能提高的优点。

目前在运算等方面，有不使用电子、而利用光子的“光电融合”，以及晶体管结构变化等有望实现飞跃式发展的新一代技术。不过，在处理庞大信息的数据驱动型社会，如果运算能力的提高停止，耗电量将无限度上升。

要支撑最终产品的进步和数据社会，半导体性能的持续提高是不可或缺的。作为目前的方案，各企业关注的是借助多个芯片提高集成度的3D堆叠技术。

台积电正加快开发名为“3DFabric”的3D结构半导体，在日本茨城筑波市设置具有研发功能的机构也是战略一环。台积电日本3DIC研发中心的负责人江本裕表示，为了发展3D堆叠技术，“材料、设备企业等生态系统的协助不可或缺”。

成为关键的后工序

要使半导体芯片在3D方向上集成并加以驱动，必须解决热和电流等问题。关键是从晶圆上切下半导体、加工为芯片的后工序的技术。

材料和设备需具备的条件严苛。江本裕表示“基板的平坦度、热膨胀率和弹性等各种数值都需要优化”。一名日本国内的化学试剂企业高管表示，“难以利用目前的技术解决，需要开发面向每个客户进行个别优化的材料”。

日本的材料和设备受到高度期待，这也证明了台积电的认真程度。在日本产业技术综合研究所试验楼内投入运行的台积电的试生产线，具备与台湾量产工厂相同的组装设备和评估设备。在日本开发新技术，具备“顺利向量产工序过渡”（江本裕）的优点。

对于在制造设备上掌握3成份额、在半导体材料领域掌握5成以上全球份额的日本企业，大型逻辑芯片企业的动向构成商机。

“（随着3D化取得进展）也能向没有交易的前工序企业提供附加值高的设备”，日本半导体设备厂商DISCO（迪思科）的社长关家一马这样说。在将半导体背面磨薄的“研磨机”领域，DISCO掌握8成份额，东京精密掌握逾1成全球份额。

在用于个人电脑等尖端半导体的封装基板领域，日本IBIDEN（揖斐电）和新光电气工业垄断市场。AZ SUPPLY CHAIN SOLUTIONS LLC 的龟和田忠司表示：尤其是在需要较高技术的领域，“没有日本企业，就无法制造半导体”。

而在材料领域，日本企业的市场份额也很高。从用于尖端封装的再布线层的形成等的光刻胶来看，JSR和东京应化工业这2家企业掌握全球份额的6成以上。调查公司GlobalNet的董事长武野泰彦表示，“降低投资成本、提高性能的后工序的受关注度将提高”。

但同时日本企业也存在课题。相比前工序，成为3D堆叠技术关键的后工序的设备和材料的市场规模有限。涉足的企业的规模相对较小，尖端开发和投资的负担沉重。

日本一名半导体企业的高管透露，“如果有必要，考虑向（设备和材料厂商）提供资本”。如果不投入人力和资金，获得的蛋糕也将很小。这也是以存储器为代表，虽在技术上领先、但让海外企业占据优势的半导体行业本身的教训。

日本经济新闻（中文版：日经中文网）江口良辅、佐藤雅哉

本文来自微信公众号“日经中文网”（ID：rijingzhongwenwang），作者：日经中文网，36氪经授权发布。