身处后摩尔时代,半导体行业正面临着一场艰苦的“良率”战斗。随着芯片越来越复杂化,晶体管密度成倍增加,芯片制造良率管理难度也呈指数级增长,特别是对于那些追求先进制程的晶圆厂而言,更是会成为致命伤。
良率是半导体工厂的核心竞争力所在,也被称为是半导体工厂的“生命线”。
半导体良品率是实际生产的芯片总数与一个晶圆上最大芯片:(集成电路)数的百分比,换句话说,良率是实际生产的数量与投入的总数量之比。良品率越高,生产率就越高,良率直接影响着成本和产能利用率。因此,提高良品率在半导体行业非常重要。同时,良率也是评估企业竞争力的重要标志之一,直接反映了制造过程的稳定性和产品质量的可靠性。
在逻辑芯片领域,按照摩尔定律的指引,目前能够实现量产的最先进工艺是3纳米。在该领域的部分头部厂商在这场3nm之战中展开激烈角逐,其中,某知名品牌率先宣布3nm量产,却因良率问题造成大量客户流失。
预计今年,包括智能手机、服务器、人工智能等在内的Fabless公司及IT大厂都将开始把3nm作为主要制程。在良率这个重要的考核指标面前,良率占有优势的厂商将获得更多大厂的3nm订单,进而拉大与竞争对手的市占率差距。
良率低的问题不仅限于逻辑芯片领域,存储芯片也面临着同样的挑战。生成式AI正在消耗大量的HBM存储芯片,但是良率一直是Nvidia GPU芯片大规模量产的拦路虎之一。据路透社报道,某韩国老牌厂商的高带宽存储HBM3芯片的生产良率约为10%~20%,而同属韩国的另一家厂商HBM3良率可达60%~70%。在传统的DRAM存储方面,老牌厂商第五代10纳米级(1b)制程DRAM的良率未达业界80%至90%的一般目标,迫使其在上个月成立专门工作小组以解决这一问题。
而接下来,生成式AI还在滚滚向前,对芯片算力的需求望不到底。为了获得更高性能、更高算力的AI芯片:
一方面,逻辑厂商正在积极向2nm工艺突破,尤其是两家世界知名企业目前都计划在2025年开始2nm大规模量产,与此同时,还在发力FOPLP(扇出型面板级封装)等先进封装技术;
另一方面,存储厂商也在大力投入下一的研发,各种先进代HBM(即HBM4)的技术也在考虑当中,例如混合键合。
可想而知,届时良率又会成为一大难关。据《韩国经济日报报道》,韩国某企业正在招聘数十名与HBM相关的职位,在其招聘启事中显示,希望寻找芯片专家能够通过改进代工工艺和测试逻辑芯片,进而提高HBM芯片的良率。
良率低是半导体厂商普遍面临的难题,也是制约芯片产业发展的瓶颈。从经济学角度上讲,提升芯片良率也可以视为摩尔定律的另一种延续。如何在新技术不断推陈出新的背景下,提高良率,成为每一家半导体厂商必须解决的关键问题。
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