半导体即将进入2nm时代 化学品、材料公司喊话：我们的作用将更大

赶在2023年底，荷兰光刻机龙头阿斯麦交付了首台高孔径极紫外光刻机，意味着全球半导体行业朝着2nm迈出关键的一步。随着英特尔信誓旦旦地表示2024年将进入2nm工艺量产，投资市场也在紧张关注半导体行业的机会。摩根士丹利在最新出炉的2024年主题投资报告中，也将英特尔、中微公司列入“全球24大看涨股名单”。

（来源：X）

不过就在市场聚焦于一众光刻机生产商、芯片生产商时，多家材料和化工厂商开始跳出来提醒投资者们：在2nm时代，我们的作用将更加重要！

此话怎讲？

在最新公布的采访中，美股上市公司英特格（Entegris）的首席技术官詹姆斯·奥尼尔提到，在当前实现先进生产工艺的过程中，占据舞台中心的不再是制造芯片的机器，而是先进材料和清洁解决方案。

奥尼尔表示：“三十年前，一切都与光刻机使晶体管变小（提高性能）有关，到了今天，宣称材料创新是提高性能的主要驱动力会是一个坚实的主张。”

德国默克集团（Merck）的电子业务首席执行官KaiBeckmann虽然话讲得没有那么直白，但也认可了这种观点。Beckmann表示，现在电子行业正在从过去二十年里依靠工具推进技术的时代，转向所谓“材料时代”的下一个十年。

对于有望在2025年大规模量产的2nm芯片而言，芯片的设计本身正变得更加复杂。在人类突破22nm节点时，传统的平面型晶体管开始被鳍式结构（FinFET）代替，到了3nm节点，全环绕栅极晶体管（Gate-All-AroundFET）又成为了业界的首选方案。从示意图上也能看出，现在芯片里的晶体管正在以更加复杂的方式堆叠。

（三种结构示意图，来源：三星）

存储芯片那一块就更容易解释了，三星、SK海力士和美光等厂商正在3DNAND领域展开竞争——比谁的芯片叠层更多。目前这三家公司生产的芯片层数已经能叠到230层，正努力在1至2年内突破300层。堆叠的层数更多，存储的容量也就更大。与此同时，业内也在积极探索3D闪存芯片的发展。

在这两个领域取得进一步的发展不仅需要更加复杂的光刻机，还需要全新的尖端材料。

奥尼尔将应用于3D晶体管的化学品比喻为“坐在直升机上给纽约市喷漆”——需要能够控制喷在建筑顶部、侧面和水平街道上的材料属性，完事儿后还要有清理街道的能力。对于GAA等新的晶体管结构而言，也需要开发新的创新材料，确保均匀地覆盖顶部、底部和侧面。目前材料行业正在想办法从原子尺度上实现这一点。

化学品变得更加重要的另一个原因是基于生产的良率，这对于芯片公司的商业竞争力至关重要。奥尼尔表示，高纯度化学品对于确保无瑕疵的生产和最小化缺陷至关重要。

Beckmann也举了另一个例子：当前芯片制造过程中，铜被广泛用作导电层，但为了制造更小更先进的芯片，行业正在探索像钼这样的新材料。

当然，创新这两个字与便宜通常没有关系。根据目前业界的预期，单个2纳米晶圆的成本可能高达3万美元，比起目前最尖端的iPhone15Pro处理器（3nm）高出50%。与目前的AI行业类似，强者愈强很有可能仍是这个行业的基调。

英特格的首席执行官伯特兰·洛伊总结称，这是一个高度资本密集的行业。他预计相同的趋势将延续——体量较大的公司将变得更强大，并且愿意继续投资，因为这将是他们竞争优势的来源。