攻克 2nm 技术，材料、化学品发挥关键作用

供应链高管表示，随着台积电和英特尔等公司将当前生产技术推向极限，新材料和更先进的化学品将在芯片制造行业发挥越来越重要的作用。

Entegris 和默克公司的高管接受日媒采访，讨论了随着摩尔定律（晶体管将继续缩小、芯片变得更强大的前提）放缓，全球芯片竞赛如何演变。

美国芯片材料制造商 Entegris 首席技术官 James O'Neill 表示，在实现先进生产工艺方面，占据中心位置的不再是芯片制造机器，而是先进材料和清洁解决方案。

「三十年前，一切都与光刻设备有关，以使芯片上的晶体管更小并提高设备性能，」O'Neill 说。光刻是指将集成电路印刷到芯片上的关键芯片制造工艺。机器打印这些电路的精细程度通常决定了芯片的先进程度。「今天，我认为材料创新是提高性能的主要驱动力这一说法是可靠的，」首席技术官补充道。

默克电子业务首席执行官凯·贝克曼 (Kai Beckmann) 也表达了同样的观点。贝克曼说：「我们正在从过去二十年（芯片制造）工具对于推进技术最重要的时代转向下一个十年，即我们的客户所说的材料时代。工具仍然很重要，但现在材料决定了一切。」

贝克曼表示，现在不仅对于处理器和其他逻辑芯片（所谓的电子设备大脑）来说是一个关键时刻，对于包括动态随机存取存储器（DRAM）和 3D NAND 闪存在内的存储芯片领域来说也是如此。

对于处理器芯片，到 2025 年大规模生产 2 纳米节点的竞赛已经开始，台积电、三星和英特尔等巨头处于领先地位。根据各种开发路线图，更复杂的芯片也可能即将出现。

与此同时，三星、SK 海力士和美光等存储芯片巨头正在利用 3D NAND 闪存攀登新高度，目标是最终生产出多达 500 层的芯片。这三家公司目前生产的芯片层数超过 230 层，并正致力于在一到两年内生产超过 300 层的 NAND。具有更多层的芯片被认为更先进，因为它们提供更大的存储容量。3D DRAM 技术也在不断发展。

这两个领域的进一步进步不仅需要先进的工具，还需要全新的尖端材料库。例如，逻辑芯片生产跃升至 2 纳米，需要全新的芯片架构。在这种称为环栅 (GAA) 的新配置中，晶体管以比早期平面配置更复杂的三维方式堆叠。

O'Neill 将化学物质应用于三维晶体管比作类似于「从直升机上给纽约市喷漆。您需要能够控制建筑物顶部、建筑物侧面和街道高度的材料属性。你需要确保你所需要的那种统一性，以便在你完成之后能够清理街道。」O'Neill 说，开发用于新型晶体管配置（例如环栅）的材料需要创新材料「将顶部、底部和侧面均匀地涂覆」，并补充说，该行业正在工程方法「在原子尺度上」做到这一点。

化学品变得越来越重要的另一个方面是确保质量的一致性。O'Neill 表示，生产良率（即给定批次中生产的功能芯片的百分比）对于确定哪些厂商具有商业竞争力变得极其重要。高纯度化学品对于确保完美生产和最大限度减少缺陷至关重要。

默克公司的贝克曼给出了该行业材料演变的另一个例子：铜在当前芯片制造工艺中被广泛用作导电层，但为了制造更小、更先进的芯片，该行业正在探索钼等新材料。「你需要一套全新的材料，才能使尖端芯片的节点变得更小，」他说。

持续创新并不便宜。据芯片行业咨询公司 International Business Strategies 估计，单片 2 纳米晶圆成本高达 3 万美元，比上一代（即 iPhone 15 Pro 使用的 3 纳米先进处理器）高出 50%。一座 2 纳米半导体制造工厂每月可生产 50,000 片晶圆（WSPM），成本约为 280 亿美元。这比 3nm 晶圆厂的成本高出 80 亿美元。

芯片材料制造商预测，随着美国、中国、欧洲、日本和印度等国政府的大力支持，半导体巨头将继续扩大规模，而芯片的巨大成本正是其中一个推动在岸半导体生产的原因。后来者要进入这场竞赛并不容易，而今天的领跑者预计不会有人退出。

Entegris 首席执行官 Bertrand Loy 表示：「这是一个资本高度密集的行业。我预计同样的力量会继续前进。大公司只会变得更强，他们会愿意继续投资，因为这将是他们竞争优势的来源。」