ВЫБОР РЕДАКЦИИ

Американо-китайское противостояние в области искусственного интеллекта

Производственная база микроэлектроники США

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

Перспективные разработки в области пьезоэлектрических MEMS-датчиков

Китайские поставщики материалов вместо японских – выбор южнокорейских изготовителей ИС

Некоторые аспекты развития 3D‑флэш-памяти NAND-типа

SMIC: передовые технологии, производственная база и государственное финансирование

Состояние и перспективы развития производственной базы микроэлектроники

Современное состояние производственной базы микроэлектроники

Состояние рынков интегральных схем, оборудования и пластин

Освоение КНР 14- и 7-нм технологических процессов

Сбываются ли планы КНР по обеспечению самодостаточности в области ИС?

Прогноз продаж полупроводникового оборудования

Тенденции развития современных производственных мощностей

Huawei остается ведущим поставщиком оборудования связи

Ситуация на рынке микроэлектроники и американо-китайское противостояние

По материалам 23-й конференции Международного совета по полупроводниковым приборам

Экспорт Японии, Тайваня и Южной Кореи вселяет надежду на то, что спад азиатского технологического цикла достиг предела

Современное состояние и перспективы развития рынка САПР

Переход от полноразмерных облачных хранилищ к клаудлетам

Общее состояние и ближайшие перспективы рынка микроэлектроники

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

SEMI о состоянии полупроводниковой промышленности

Выпуск 12(6736) от 24 июня 2021 г.
РУБРИКА: МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

В 9–11 выпусках мы начали публиковать ответ SEMI на запрос Министерства торговли США относительно существующих рисков в цепочке поставок и в сфере перспективных методов корпусирования ИС. Предлагаем вниманию читателей его продолжение.


Материалы и редкоземельные элементы

Многие критически важные или необходимые товары и материалы, используемые в производстве полупроводниковых приборов, в США не производятся, и поэтому цепочка поставок уязвима в случае недоступности иностранных источников снабжения. Так, редкоземельные элементы, жизненно важные для производства полупроводниковых приборов, поставляются из Австралии, КНР и Японии. Другие материалы, важные для производства кремниевых пластин, такие как германий и галлий, не всегда бывают доступны. Группа материалов с ограниченным числом и географическим разнообразием поставщиков включает (но не ограничивается) поликремний, фотошаблоны, пластины и подложки, фоторезисты, гелий, природный газ, SF2 (стекло с оксидом свинца в качестве существенного компонента), YAG (кристаллы алюмо--иттриевого граната, используются в твердотельных лазерах) и альфа--BBO (оптический материал с очень широким оптическим окном пропускания).


Химические вещества

Американские заводы по обработке пластин в настоящее время получают изопропиловый спирт (IPA) сверхвысокой чистоты с Тайваня и из Японии, поскольку американские поставщики не сформировали цепочку поставок, способную поддерживать производство и поставку IPA высшего качества.

Серная кислота для производства ИС с современными проектными нормами в США широко доступна – ​но не предельного уровня чистоты, необходимого для производства перспективных 5‑нм ИС. Причина – ​низкая эффективность реинвестирования в ее производство, поскольку передовые заводы по обработке пластин расположены за рубежом. «Основные» материалы, такие как серная кислота, могут быть недоступны из-за существующей в США инфраструктуры, поскольку реинвестирование не поддерживается ограниченным размером рынка этих материалов.


Газы электронной (полупроводниковой) чистоты

Источниками 80 % или большей доли благородных (инертных) газов (криптон и ксенон) для полупроводниковой промышленности являются Украина и КНР. Большая часть инертных газов поступает на Украину из России. Единственный другой крупный источник благородных газов – ​Китай. Производство этих газов в значительной степени зависит от производства стали, для которого требуются очень большие установки разделения (фракционирования) воздуха. Нет ни одной фирмы, которая бы занималась исключительно производством инертных газов.

Основным источником газов, содержащих хлорфторуглероды, является Россия, по крайней мере для двух поставщиков газа в США.

В последнее время узкими местами в цепочке поставок стали различные типы клапанов, контейнеров и компонентов, необходимых для хранения, доставки и перемещения газов и материалов. Задержки по невыполненным заказам на эти типы оборудования в настоящее время достигают 40 недель. Основная причина задержек – ​чрезмерное накопление товарных запасов по всей цепочке поставок (заводы по обработке пластин, субподрядчики, поставщики оборудования, газа и материалов) из-за опасений по поводу доступности из-за задержек с доставкой и производством.

Гелий – ​побочный продукт других процессов, и его поставки в значительной степени зависят от газовой промышленности. Без гелия, получаемого в качестве вторичного продукта добычи нефти и газа, современное производство полупровод-никовых приборов было бы невозможно. В последние годы поставки гелия стали проблематичными. Вводятся новые мощности, в первую очередь в России и Катаре. Хотя США располагают большими запасами природного газа, этот газ содержит очень мало извлекаемого гелия. В 2013 г. Конгресс принял «Закон об управлении запасами гелия» (Helium Stewardship Act), который позволил Министерству внутренних дел продолжать продавать сырой гелий из федерального гелиевого резерва в Техасе. При этом закон требует, чтобы МВД распорядилось всеми гелиевыми активами к 30 сентября 2021 г., с тем чтобы частная промышленность контролировала запасы гелия и увеличивала производство, как только резерв будет исчерпан. В настоящее время федеральный гелиевый резерв удовлетворяет более 40 % спроса на внутреннем рынке (рис. 1).



Источник: SEMI

Рисунок 1. Динамика производства и накопления гелия в США за 2018–2025 гг.


Редкоземельные элементы, минералы и металлы

К редкоземельным элементам, доступность которых вызывает озабоченность, относятся лантан, церий и скандий. Лантан используется при изготовлении логических устройств с проектными нормами 14 нм и ниже. Церий расходуется на изготовление суспензии церия, критически важной для современного производства полупроводниковых приборов. Скандий используется в пьезоэлектрических пленках на основе алюмо--скандиевого сплава, критически важных для радиочастотных фильтров и других датчиков.

Источником плавикового шпата на 60 % или более является КНР. Этот материал используется в полупроводниковой промышленности для производства фторсодержащих продуктов, включая газы CF, NF3, HF, WF6, SF6. Снабжение американских производителей ИС обычно осуществляется из Мексики, но азиатские производители полупроводниковых приборов зависят от поставок из КНР.

Около 80 % мировых поставок минерального вольфрама (паравольфрамовокислого аммония, APT) также поступает из КНР, при этом 95 % поставок контролируется одной компанией. APT используется при создании мишеней для распыления WF6 и W. WF6 задействован в производстве большинства полупроводниковых приборов. Новые источники добычи APT могут возникнуть во Вьетнаме и, возможно, в Южной Корее.

От 45 до 50 % мировых поставок палладия поступает из России. Этот металл используется для формирования электродов и нанесения покрытий на выводные рамки и проволочные выводы. Около 70 % или более поставок платины, используемой для электродов и силицидных контактов, поступает из ЮАР. Рутений находит применение в металлических межсоединениях и электродах (для датчиков, MRAM), причем более 90 % этого металла добывается в ЮАР.

Оксид иттрия и иттрий в металлической форме отправляются из КНР для последующей обработки в Европе, США и Японии, где производятся более рафинированные материалы, которые затем продаются основным поставщикам, преимущественно в США, Южной Корее, Японии.


Проблемы единственного источника поставок (в некоторых сегментах может существовать только один аттестованный поставщик, а в некоторых случаях – ​только один поставщик определенного типа материала)

Соляная кислота (HCl) в Северной Америке в течение последних нескольких лет поставлялась единственным поставщиком – ​фирмой Olin (Фрипорт, шт. Техас). Недавно в Интернете появился второй поставщик – ​фирма Niacet (Ниагара--Фолс, шт. Нью--Йорк), но она выйдет из бизнеса к концу 2021 г. HCl нелегко получить из-за границы и отправить за границу, что делает местные поставки критически важными.

Сегмент рынка химико--механической полировки (CMP) сильно зависит от корпорации DuPont, поставляющей CMP-накладки (для полировки). Несмотря на многочисленные производственные мощности в США, ожидаемое в ближайшие годы расширение производственных мощностей американских заводов по обработке пластин может привести к возникновению дефицита этих накладок. Также предметом озабоченности относительно единственного поставщика являются и CMP-суспензии.

Литография с использованием излучения в предельной УФ-области спектра (EUV) – ​это специализированная область литографии. Некоторые материалы фоторезистов в ней уникальны и предлагаются единственными поставщиками.


Необходимость достаточных мощностей по проведению НИОКР для поддержания лидерства

Реализация программ НИОКР жизненно важна для инноваций и поддержания лидерства США в полупроводниковой промышленности. Инвестиции в исследования повышают конкурентоспособность производства ИС в США и укрепляют отрасль, требующую значительных программ НИОКР для продвижения вперед. Значительная доля доходов и прибыли полупроводниковой промышленности реинвестируется в НИОКР, чтобы идти в ногу с технологическими инновациями. Следующее поколение продуктов финансируется за счет возможности продавать нынешние продукты по всему миру.

В то время как общие расходы на НИОКР в США продолжают расти, доля вклада федерального правительства значительно снизилась. По данным Национального научного фонда, в 1953 г. предприятия финансировали 43,5 % общих расходов на НИОКР, а федеральное правительство – ​53,9 %. В 2018 г. предприятия финансировали 69,7 % общего объема расходов на НИОКР, а федеральное правительство – ​21,9 % (рис. 2).



Источник: Национальный научный фонд США

Рисунок 2. Доля федеральных и частнопромышленных средств в расходах США на НИОКР


Налоговая поддержка НИОКР в США по международным меркам низка и нуждается в корректировке с целью повысить конкурентоспособность страны с учетом мер стимулирования в других странах. Например, КНР, Южная Корея, Ирландия, Сингапур и Великобритания предлагают либо льготную ставку налогообложения для полупроводниковых фирм – ​налоговый вычет на все текущие расходы на НИОКР, либо низкий налог на НИОКР. Налоговые субсидии на НИОКР в КНР в 2,7 раза выше, чем в США. В 2003–2017 гг. Фонд информационных технологий и инноваций (США) отметил, что китайское правительство увеличило финансирование НИОКР на 330 % – ​с 23 млрд до 98 млрд долл., в то время как затраты на государственные НИОКР в США выросли всего на 2 %, со 121 млрд до 124 млрд долл.


Пробелы, возможности и передовой опыт в области национального образования и навыков рабочей силы в обрабатывающей промышленности

Развитие национального образования и навыков рабочей силы в обрабатывающей промышленности имеет решающее значение для создания внутреннего потенциала цепочки поставок. Отрасль обладает широким спектром навыков, необходимых для нынешних и будущих должностей. По данным аналитической фирмы Burning Glass, в полупроводниковой промышленности вакантны десятки тысяч рабочих мест инженеров, исследователей и проектировщиков (по состоянию на март 2021 г.). Развитие рабочей силы неизменно является одной из главных потребностей, определенных фирмами--членами SEMI. Число и диапазон вакансий и необходимых навыков еще больше иллюстрируют эту потребность отрасли, особенно по техникам и инженерам. В еще большей степени это относится к «недопредставленным» группам, таким как женщины и цветные. В выявлении, привлечении, поддержке, обучении и приеме представителей этих групп в полупроводниковую промышленность заключены огромные возможности. По всей территории США имеются значительные резервы потенциальных работников в общинах, расположенных вблизи учебных заведений и кластеров полупроводниковых компаний. К этим людям относятся и выходящие в отставку и запас военнослужащие, желающие сменить карьеру, потерявшие работу из-за пандемии COVID‑19 и т.д. Всем им нужны связи, поддержка, обучение и инфраструктура – ​чтобы стать рабочей силой, в которой нуждается полупроводниковая промышленность.


Роль транспортных систем

Учитывая глобальный характер цепочки поставок, сбои в работе транспортных систем могут оказать значительное влияние на отрасль. В настоящее время на отрасль влияет нехватка транспортных контейнеров, особенно контейнеров с регулируемой температурой, что задерживает прибытие ключевых материалов. За последний год возник значительный дисбаланс между поставками материалов из Азии, в частности КНР, и поставками обратно в Азию из США. Сейчас разница между поставками материалов в США и поставками обратно в Китай составляет около 30 %, из-за этого дисбаланса наблюдается обилие пустых контейнеров в США и ЕС и нехватка контейнеров в Азии. Чтобы исправить ситуацию, некоторые судоходные компании запустили программу доставки пустых контейнеров обратно в КНР для быстрой загрузки в китайских портах и отправки обратно в США (с целью сокращения затрат и длительности цикла). Кроме того, дисбаланс контейнеров также влияет на возможность доставки сырья для полупроводниковой промышленности из Японии в США.

На полупроводниковую промышленность влияют также сбои в работе воздушного и автомобильного транспорта. Большинство полупроводниковых приборов и оборудования поставляются воздушным транспортом. Эти затраты существенно возросли, поскольку объем пассажирских авиационных перевозок был сокращен во время пандемии COVID‑19, что привело к увеличению затрат на оставшуюся пропускную способность воздушных перевозок. Это еще одна область, в которой на цепочку поставок полупроводниковых приборов влияют косвенные эффекты других отраслей. Проблемой также являются автомобильные перевозки опасных химических веществ: все меньше водителей обучаются их транспортировке, что с большой вероятностью ограничивает цепочку поставок по мере роста спроса. На складирование материалов в непосредственной близости от производства могут влиять местные правила, которые либо запрещают хранение, либо жестко контролируют объемы хранящихся опасных материалов.


Раздел VI

Потенциальное влияние неспособности поддерживать или развивать элементы цепочки поставок полупроводниковых приборов в США на другие отрасли.

Сбои в цепочке поставок полупроводниковых приборов могут привести к серьезным последствиям для смежных отраслей, в которых используются ИС. К ним относятся пищевая промышленность, энергетические сети, коммунальные услуги, информационно--коммуникационные технологии (ИКТ), аэрокосмические системы, средства искусственного интеллекта, инфраструктура 5G, квантовые вычисления, разработка суперкомпьютеров и обеспечение безопасности выборов. Почти все товары, работающие на электричестве, содержат полупроводниковые приборы, и новости изобилуют сообщениями о потенциальных сбоях в смежных отраслях из-за отсутствия достаточных поставок полупроводниковых приборов. Например, срыв поставок медицинской электроники, такой как критически важное для спасения жизни оборудование (аппараты ИВЛ, оборудование мониторинга состояния пациентов), может привести к смерти людей. Риск цепочки поставок усиливается во время мировых кризисов, таких как пандемия, когда спрос увеличивается, а предложение уменьшается из-за закрытия заводов и трудностей с доставкой.

Дисбалансы поставок полупроводниковых приборов, влияющие на автомобильную промышленность, иллюстрируют их ключевую роль в создании более интеллектуальных («умных») транспортных средств, оснащенных детекторами слепых зон, камерами заднего вида и автоматическими системами экстренного торможения. Эти функции в настоящее время стали неотъемлемой частью транспортных средств, и тенденция будет быстро развиваться по мере дальнейшего продвижения автопрома ко все более широкому освоению электромобилей и автономного вождения. Кроме того, ИС для автомобильной электроники специализированы под конкретные функции и заменяемы друг другом. Потеря любого количества полупроводниковых приборов может иметь непредвиденные последствия для экономики, здравоохранения, окружающей среды и национальной безопасности.


Раздел VII

Рекомендации в области политики или предлагаемые исполнительные, законодательные, нормативные изменения или действия по обеспечению устойчивой цепочки поставок полупроводниковых приборов.

Меры по стимулированию производства

Решающее значение для восстановления конкурентоспособности США в производстве полупроводниковых приборов и развороте тенденции к снижению доли США в мировом производственном потенциале имеют федеральные меры стимулирования. Программа финансового стимулирования Министерства торговли США, принятая в 2021 фин.г. в рамках NDAA, должна внести существенный вклад в обеспечение конкурентоспособности страны за счет строительства новых заводов по производству новейших ИС. Для стимулирования производства и укрепления цепочки поставок полупроводниковых приборов в США необходимо по меньшей мере 15 млрд долл. финансирования в рамках программы.

В «Закон о стимулировании разработки и производства полупроводниковых приборов в Америке» (Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors for America Act, CHIPS for America Act) включен федеральный инвестиционный налоговый вычет (ITC) на строительство предприятий по производству полупроводниковых приборов и приобретение оборудования для них. Это поможет быстро сократить разрыв со странами--конкурентами в затратах на развитие производственной базы, стимулирует инвестиции в сооружение новых и расширение существующих мощностей, будет способствовать созданию тысяч рабочих мест и обращению вспять тенденции к снижению доли Америки в мировом производстве полупроводниковых приборов. ITC прозрачен, надежен и доступен для всех компаний, желающих инвестировать в производство полупроводниковых приборов на территории США. По оценкам, применение ITC позволит сократить время, необходимое для ввода в эксплуатацию новых объектов, он будет максимально быстро влиять на инвестиционные решения и станет надежным методом, используемым в других отраслях для стимулирования производства в США.

SEMI решительно поддерживает значительные федеральные инвестиции в развитие полупроводниковой промышленности, включенные в президентский «План увеличения рабочих мест в Америке» (American Jobs Plan). Призыв президента инвестировать 50 млрд долл. в производство полупроводниковых приборов и соответствующие НИОКР, как это предусмотрено в CHIPS for America Act, – ​смелое предложение, реализация которого укрепит полупроводниковую промышленность и цепочки поставок в США. Тем же целям служат предложения выделить 50 млрд долл. Национальному научному фонду (NSF) на формирование специализированного технологического директората, ориентированного на проблемы развития полупроводниковой промышленности, а также предоставить дополнительно 30 млрд долл. на финансирование НИОКР (и фундаментальных исследований).

В представляемых SEMI комментариях описывается ряд ключевых элементов, используемых и необходимых для эффективного функционирования цепочки поставок полупроводниковых приборов. Большинство из них относятся к товарам, которые находятся «выше» (по цепочке поставок) собственно мощностей по производству полупроводниковых приборов, что иллюстрирует важность длинной и разнообразной цепочки поставок. Поэтому обеспечение того, чтобы директивные органы обладали гибкостью в отношении целевых стимулов для «вышестоящих» производств и компонентов, в дополнение к заводам по обработке пластин и выпуску ИС, должно быть центральным элементом усилий, направленных на укрепление цепочки поставок полупроводниковых приборов. Предлагаемые инвестиционный налоговый кредит и программа стимулирования Министерства торговли должны охватывать предприятия, производящие полупроводниковое оборудование, материалы и ПО для проектирования ИС. Это гарантирует, что узкие места в восходящей цепочке поставок не подрывают цель законодательства обратить вспять снижение доли США в мировом производстве полупроводниковых приборов.


Налоговая политика

Помимо предоставления налоговых льгот для укрепления полупроводниковой промышленности и цепочки поставок в США также очень важно избегать изменений налоговой политики, которые могли бы ослабить конкурентоспособность данной отрасли. Требование в 2022 г. амортизировать исследовательские расходы за пять лет значительно увеличит затраты на проведение важнейших НИОКР в США. Изменение этой политики имеет решающее значение для того, чтобы полупроводниковые фирмы могли продолжать инновационный процесс в США за счет инвестиций в НИОКР. Необходимо на основании согласия двух партий и обеих палат незамедлительно внести в Конгресс и принять закон об отмене требования об амортизации расходов на НИОКР.

Повышение ставки налога на доходы [американских] корпораций или уменьшение выгоды от вычета нематериального дохода, полученного из-за рубежа (FDII), нанесет ущерб конкурентоспособности экспортноориентированной цепочки поставок полупроводниковых приборов. Поскольку большая часть доходов от продаж полупроводниковых приборов, оборудования, материалов и ПО поступает от иностранных клиентов, льготный налоговый режим FDII для таких доходов, основанных на интеллектуальной собственности, хранящейся в США, является сильным стимулом для сохранения американскими фирмами интеллектуальной собственности у себя в стране и обслуживания иностранных клиентов за счет экспорта, а не выноса производственных мощностей за рубеж. Национальные производственные мощности, осуществляющие экспорт из США, представляют собой факторы укрепления американской цепочки поставок полупроводниковых приборов, которые должны быть сохранены, а не ослаблены. Конкурентная политика в области налогообложения корпораций – ​основа для укрепления и устойчивости цепочки поставок в США. SEMI настоятельно призывает администрацию и Конгресс избегать подрыва предложений по повышению конкурентоспособности и прочности цепочки поставок полупровод-никового производства путем реализации других положений, которые сделают отрасль менее конкурентоспособной, ослабляя в процессе цепочку поставок.

Окончание следует…


От редакции

Пояснение к разделу о налоговой политике

В данном разделе SEMI, отвечая на запрос Министерства торговли США, поддерживает намерения администрации Байдена стимулировать развитие современных технологий и производственной базы микроэлектроники на территории США.

Но администрация США, предлагая выделить на эти цели существенные средства, видит источники финансирования в повышении ставки налога на доходы корпораций с 21 до 28 %, а также отмены или сокращения объемов некоторых льгот (таких как амортизация ассигнований на НИОКР, FDII и т.д.). Вот против этого SEMI уже решительно возражает…


1. SEMI Provides U.S. Commerce Department with Analysis of Semiconductor Supply Chain Risks. Semiconductor Digest, April 7, 2021: https://www.semiconductor--digest.com/2021/04/07/semi-provides-u-s-commerce--department-with-analysis-of-semiconductor--supply-chain--risks/ 

2. Final SEMI Supply Chain Comments. SEMI, April 5, 2021: https://www.semi.org/sites/semi.org/files/2021-04/Apr 5 Final SEMI Supply Chain Comments.pdf


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.