筆者對2013年2月17～21日于美國舊金山舉行的半導體電路技術國際會議“IEEE International Solid-State Circuits Conference（ISSCC） 2013”，進行了采訪取材。由于是電路技術方面的學會，因此發(fā)表演講者方大多是IDM（垂直整合型半導體廠商）及Fabless企業(yè)，但令人印象深刻的卻是代工企業(yè)的巨大影響力。很多來自新興市場國家的不太知名的Fabless企業(yè)在ISSCC上發(fā)表采用32nm及28nm工藝最尖端工藝技術的LSI，這種情況已變得相當普遍。其背景在于臺積電（TSMC）等巨型代工企業(yè)提供的工藝技術已廣泛滲透業(yè)界，成為共同的技術基礎。

而另一方面，能夠提供32nm、28nm乃至20nm以后工藝技術的半導體廠商卻只有臺積電及GLOBALFOUNDRIES等4、5家。其原因在于，使用這些尖端工藝的半導體工廠（Fab）的設備投資額上升到了超過5000億日元的水平。這樣便形成了半導體廠商及設備廠商被這些代工企業(yè)掐住要害的狀態(tài)。與巨型代工企業(yè)交往不力的企業(yè)面臨著無法確保尖端工藝的SoC產能的風險。

在這種情況下，基于“逆向”思維的新型半導體生產技術的開發(fā)在日本展開。這就是以日本產業(yè)技術綜合研究所（產綜研）為中心推進開發(fā)的“微型Fab”。目前尖端SoC的生產使用300mm晶圓，預計2015年以后將導入450mm晶圓。而微型Fab的目標是利用0.5英寸（約12.5mm）的硅晶圓來生產半導體。由于晶圓如此之小，因此芯片的產量最多只有數(shù)個～100個。即便每天全負荷生產，年產量也不過50萬個左右。

而實際上，業(yè)內想以這一規(guī)模生產半導體的需求十分強烈。據(jù)產綜研推算，目前的半導體市場有大約一半產品在生命周期內的產量不到100萬個。工業(yè)設備及醫(yī)療器械使用的半導體部件很多都屬于這種情況。對于以這一規(guī)模來生產半導體的廠商來說，將生產委托給巨型代工企業(yè)的話效率太低，而且自由度也很小，而利用更小規(guī)模的工廠來輕松生產的話，則更容易提高生產效率及投資效率。由于目前不存在這種生產環(huán)境，因此有越來越多的觀點指出，“對很多企業(yè)來說，半導體設計的自由度日趨降低，要想開發(fā)出富有有趣創(chuàng)意的器件，是越來越難了”（微型Fab開發(fā)項目總負責人、日本產綜研納米電子研究部門微系統(tǒng)小組組長、Fab系統(tǒng)研究會代表原史朗）。

日本產綜研2010年面向微型Fab開發(fā)成立了“Fab系統(tǒng)研究會”，日立制作所、東芝、村田制作所等60多家公司參加了該組織。2012年產綜研又以其中的中小企業(yè)為中心成立了“微型Fab技術研究組合”，以實用化為目標加快了開發(fā)。該研究組合計劃開發(fā)支持CVD、光刻、離子注入等各單元工藝的制造裝置，將各裝置的寬度統(tǒng)一為約30cm，并將這些裝置連接起來構筑生產線。處理時間方面的目標是每道工序1分鐘，力爭在數(shù)小時內完成半導體制造的所有工序。構筑一條產生線所需要的投資額設想為5億日元左右，也就是說，只有最尖端的300mm生產線的1/1000。對于有些身家的富豪來說，擁有“我自己的半導體生產線”也不再只是夢想。

產綜研打算在2015年之前實現(xiàn)將各單元工藝裝置連接成一條龍生產線的能力，微型Fab技術研究組合的籌劃企業(yè)將從2013年4月開始受理部分制造裝置的訂單。已經“有大企業(yè)來咨詢”（原史朗）。最初的目標是配備到使用MEMS技術等的傳感器上。另外，據(jù)產綜研九州產學官合作中心創(chuàng)新協(xié)調員井上道弘介紹，微型Fab還有“與層積異種器件的三維IC有良好相容性”的特點。由于晶圓尺寸極小，因此像SiC器件及GaN器件這樣的、使用大口徑晶圓的環(huán)境尚未建立起來的器件，也可作為三維IC的構成要素導入。

日本要比拼的并不是以生產規(guī)模來取勝的存儲器及SoC，而是那些產量少但可憑借自由創(chuàng)意來取勝的傳感器及三維IC等。這一觀念便是微型Fab開發(fā)的背景。要想使CVD、光刻及離子注入等工藝反應室收放到寬30cm的裝置中，原本是很難的事情。這要依靠包括機構部件在內的全面的“大師級技藝”來實現(xiàn)。而微型Fab的構筑，可以說其本身“正是符合日本實力的挑戰(zhàn)”。