半导体行业的“良率之殇”

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文章摘要

在后摩尔时代，半导体行业面临良率管理的严峻挑战。随着芯片复杂度和晶体管密度的增加，良率管理难度呈指数级增长，特别是对追求先进制程的晶圆厂来说，良率问题可能成为致命伤。良率是半导体工厂的核心竞争力，直接影响成本和产能利用率，也是评估企业竞争力的重要标志。

在逻辑芯片领域，3纳米工艺是目前最先进的量产工艺，台积电和三星是主要竞争者。三星虽然率先宣布3nm量产，但在良率上遭遇挑战，导致客户流失。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大厂都将开始将3nm作为主要制程。台积电由于良率领先优势，预计将获得大部分大厂的3nm订单，进一步拉大与三星的市占率差距。然而，即使是台积电，其3nm工艺的良率相较上一代也并不高，目前也在积极提升良率。

良率问题不仅限于逻辑芯片领域，存储芯片也面临同样的挑战。生成式AI对HBM存储芯片的需求巨大，但良率一直是大规模量产的拦路虎。三星的HBM3芯片生产良率约为10%~20%，而SK海力士的HBM3良率可达60%~70%。在传统DRAM存储方面，三星第五代10纳米级（1b）制程DRAM的良率未达业界80%至90%的一般目标。

为了应对良率挑战，半导体厂商正从多方面进行优化和创新。首先，减少污染物至关重要，污染造成的产量损失高达50%。颇尔公司等过滤器厂商通过提供全系列半导体过滤器，帮助清除颗粒、杂质等污染物，确保芯片的高品质和高良率。其次，工艺优化是提高良率的基石，通过不断改进制程工艺，提高生产工艺的精度和可控性。此外，引入AI和大数据分析技术，实现更高的良率和更少的投入，已成为行业共识。工程智能、计算机集成制造、制造执行系统等工业软件在AI和大数据技术的融入下，为半导体工厂提供更加智能化的功能。自动化升级也是提高良率的重要手段，通过减少人为操作环节，降低人为操作失误导致的缺陷率。

提高良率是一项复杂的系统工程，需要半导体厂商从材料、工艺、设备、管理等多方面入手，不断创新和改进，才能有效降低缺陷率，提升产品竞争力。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。通过全产业链协作，持续攻坚克难，半导体行业一定能够不断提升良率水平，推动行业高质量发展，为全球经济增长贡献更大的力量。