隨著半導(dǎo)體制程向著更先進(jìn),、更精細(xì)化方向發(fā)展，不同節(jié)點(diǎn)范圍和玩家的邊界越來(lái)越明顯,。其中,，最先進(jìn)制程玩家只剩下臺(tái)積電,、三星和英特爾這3家。而在成熟制程方面,，也是在近些年才被業(yè)界特別提及的,，早些年，特別是在14nm量產(chǎn)之前,，先進(jìn)制程與成熟制程之間的差別并沒(méi)有今天這么大,，特別是在邏輯芯片生產(chǎn)領(lǐng)域，當(dāng)下，專注于成熟制程的廠商特點(diǎn)愈加突出,。
按照IC Insights的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè),，各種半導(dǎo)體制程的市占率正向著相對(duì)更加均衡的方向發(fā)展，如下圖所示,。
在2019年,，10nm以下先進(jìn)制程的市占率僅為4.4%，而到2024年,，其比例將增長(zhǎng)到30％,。在該時(shí)間段內(nèi)，10nm -20nm制程的市占率將從38.8%,，下降到26.2%,；20nm-40nm制程的市占率將從13.4%，下降到6.7%,；不過(guò),，從該統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)來(lái)看，40nm以上成熟制程的比例在這些年當(dāng)中沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化,。
總體來(lái)看,，到2024年，10nm以下,，10nm -20nm,，以及40nm以上制程各占市場(chǎng)約三分之一。
這里特別關(guān)注成熟制程和10nm以下的先進(jìn)制程,，前者市場(chǎng)率一直都處于穩(wěn)定狀態(tài),，而后者市占率與日俱增，與前者的歷史發(fā)展形成鮮明對(duì)比,。
愈加火爆的成熟制程
成熟制程在2020年非?；鸨a(chǎn)能嚴(yán)重短缺,，這給各大晶圓代工廠帶來(lái)了巨大的商機(jī),。而從2021年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，這種短缺狀況在近期內(nèi)還難以緩解,。對(duì)此,，Counterpoint Research認(rèn)為，2021年,，排名靠前的代工廠的成熟制程僅會(huì)分配給特定應(yīng)用,。舉例來(lái)說(shuō)，即便8英寸晶圓需求強(qiáng)勁,，聯(lián)電（UMC）宣布,，2021年8英寸晶圓產(chǎn)能僅擴(kuò)充1%-3%。占全球成熟制程產(chǎn)能約10%的中芯國(guó)際由于受到美國(guó)禁令制約，在產(chǎn)能擴(kuò)充上也充滿不確定性,。整體而言,，這波產(chǎn)能短缺屬于結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，要等到2022年所有供應(yīng)鏈都重建好庫(kù)存后才能緩解,。
成熟制程主要用來(lái)制造中小容量的存儲(chǔ)芯片,、模擬芯片、MCU,、電源管理（ PMIC）,、模數(shù)混合、傳感器,、射頻芯片等。在應(yīng)用層面,，云計(jì)算,、5G射頻器件需求的快速增長(zhǎng)為成熟制程提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。
晶圓代工業(yè)正在向更加細(xì)分方向發(fā)展,，不同于臺(tái)積電和三星追逐先進(jìn)制程,，UMC、格芯,、 TowerJazz,、世界先進(jìn)、華虹宏力等更多關(guān)注于各自擅長(zhǎng)的特色工藝,，通過(guò)在已有成熟工藝方面的投入,，提升產(chǎn)品性價(jià)比及競(jìng)爭(zhēng)力。
從需求側(cè)來(lái)看,，特色工藝的市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊,，具備吸納更多企業(yè)在各自特色領(lǐng)域內(nèi)做精做強(qiáng)的基礎(chǔ)。目前來(lái)看,，MCU,、模擬電路和分立器件這三大類芯片占整體市場(chǎng)的份額接近 50%，且其發(fā)展更加穩(wěn)健,，為特色工藝應(yīng)用提供了基礎(chǔ),。更加值得關(guān)注的是，與先進(jìn)工藝相比,，特色工藝在晶圓代工業(yè)務(wù)模式上滲透率相對(duì)較低,，傳統(tǒng)邏輯器件方面，除了英特爾外,，主要廠商基本采用“設(shè)計(jì)-代工-封測(cè)”的分工合作模式,，而在模擬器件、MCU、分立器件領(lǐng)域,，仍然以IDM自家生產(chǎn)為主,。這使得成熟制程工藝代工業(yè)務(wù)的拓展有了更大的空間。
另外,，特色工藝的供應(yīng)商在盈利能力方面的波動(dòng)性相對(duì)較小,，一方面，需求端的穩(wěn)定性使廠商在經(jīng)營(yíng)管理方面的可預(yù)期性更強(qiáng),，另一方面,，由于制程的成熟度相對(duì)較高，在設(shè)備支出和研發(fā)投入規(guī)模方面,，特色工藝廠商相對(duì)較小,，使其在成本控制方面具備優(yōu)勢(shì)。
成熟制程工藝有哪些呢,？具體來(lái)看,，主要包括以下幾種。
驅(qū)動(dòng)IC：隨著OLED面板滲透率上升,，OLED廠商市占率提高,，而傳統(tǒng)OLED DDIC以80nm及以上制程為主，其訂單量上升提高了更高制程節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)能,。
電源管理芯片：受益于5G推進(jìn),，手機(jī)搭載的數(shù)量大幅增長(zhǎng)，且快充芯片的使用量也逐步提升,。此外,，TWS耳機(jī)等新品的推出也拉動(dòng)了電源管理芯片和NOR Flash需求。傳統(tǒng)PMIC制程節(jié)點(diǎn)為0.18μm /0.11μm,，市場(chǎng)需求上漲為該成熟制程和相應(yīng)的特色工藝需求提供了動(dòng)力,。
傳感器：手機(jī)攝像頭數(shù)量不斷提升，其中配套的低像素CIS帶動(dòng)0.18μm等制程節(jié)點(diǎn)需求提升,，普通高像素CIS也只需55nm制程節(jié)點(diǎn),，進(jìn)一步拉動(dòng)了成熟制程代工需求。指紋識(shí)別方面,，手機(jī)領(lǐng)域的屏下光學(xué),、電容側(cè)邊、超聲波等逐步滲透到智能家居,、金融,、汽車等領(lǐng)域，該類產(chǎn)品多采用0.11μm/0.18μm制程,，相應(yīng)的成熟制程和特色工藝平臺(tái)越來(lái)越受歡迎,。
目前,，市場(chǎng)對(duì)成熟制程工藝需求迫切，各大晶圓代工廠也都很重視這塊業(yè)務(wù),，行業(yè)普遍看好其發(fā)展前景,。
勇攀高峰的先進(jìn)制程
從目前情況來(lái)看，10nm曇花一現(xiàn),，7nm已經(jīng)較為成熟,，具有很大的量產(chǎn)規(guī)模，相對(duì)而言,，5nm實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)時(shí)間不長(zhǎng),，且在爬坡階段，而3nm和2nm還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),，這三種制程是最前沿的工藝了,，由于都還沒(méi)有達(dá)到成熟階段，都需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方的共同努力,，不斷在研發(fā)層面突破,，才能在最終的芯片生產(chǎn)階段保證質(zhì)量和數(shù)量。正所謂兵馬未動(dòng),，糧草先行，最先進(jìn)工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)前,，裝備,、材料等各項(xiàng)技術(shù)的完善和成熟是關(guān)鍵，也是重要保障,。
下面以5nm和3nm（前者剛量產(chǎn),，后者將量產(chǎn)）為例，看一下最先進(jìn)制程對(duì)產(chǎn)業(yè)的影響,。
目前,，只有臺(tái)積電和三星量產(chǎn)了5nm，其中又以臺(tái)積電為主,，正處于產(chǎn)能爬坡階段,，對(duì)相應(yīng)的設(shè)備和材料等有更多的要求。
設(shè)備方面,，不久前,，中國(guó)中微公司董事長(zhǎng)尹志堯表示，該公司開發(fā)的12英寸晶圓等離子刻蝕設(shè)備,，已經(jīng)進(jìn)入了客戶的5nm制程生產(chǎn)線,。等離子體刻蝕機(jī)是芯片制造中的一種關(guān)鍵設(shè)備，用來(lái)在芯片上進(jìn)行微觀雕刻,，每個(gè)線條和深孔的加工精度都是頭發(fā)絲直徑的幾千分之一到上萬(wàn)分之一,，精度控制要求非常高,。
在EUV光刻機(jī)方面，全球僅有ASML一家公司掌握著EUV光刻機(jī)的核心技術(shù),，這也是5nm制程必需的設(shè)備,，但EUV光刻機(jī)的成本十分高昂，每臺(tái)售價(jià)高達(dá)1.2億美元,，幾乎是DUV光刻機(jī)價(jià)格的2倍,。
根據(jù)ASML公司發(fā)布的財(cái)報(bào)，2019全年共出貨了26臺(tái)EUV光刻機(jī),，2020年交付了30多臺(tái)EUV光刻機(jī),，2021年則會(huì)達(dá)到45-50臺(tái)的交付量。這其中很大一部分都供給了臺(tái)積電,，用于擴(kuò)充5nm,，以及7nm產(chǎn)能。
5nm并不能單純依靠核心工藝的創(chuàng)新與EUV設(shè)備的加持,。從材料角度來(lái)說(shuō),，光刻膠等半導(dǎo)體材料的創(chuàng)新也是制程演進(jìn)的關(guān)鍵所在。
2019年,，日韓之間的半導(dǎo)體材料大戰(zhàn)爆發(fā),，韓國(guó)用于制造半導(dǎo)體和零部件設(shè)備的光刻膠、高純度氟化氫和含氟聚酰亞胺三大半導(dǎo)體材料,，均遭到日本的出口限制,，對(duì)韓國(guó)部分重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成了不小的影響。
光刻膠則是這三類半導(dǎo)體材料中的重中之重,。
在芯片制造過(guò)程中,，曝光、顯影和刻蝕等重要工藝步驟都與光刻膠有關(guān),，耗時(shí)占總工藝時(shí)長(zhǎng)的40%至60%,，成本也占整個(gè)芯片制造成本的35%。
有機(jī)光刻膠主要用于90nm到7nm的芯片制造,，但隨著制程推進(jìn)到5nm,，將開始需要無(wú)機(jī)光刻膠。
目前來(lái)看,，中高端光刻膠產(chǎn)品主要還是掌控在日本廠商手中,，臺(tái)積電與日本合作伙伴保持著緊密的聯(lián)系。
掩模方面,，家登是臺(tái)積電掩模傳送盒的獨(dú)家供貨商,，隨著臺(tái)積電在7nm導(dǎo)入EUV，加上5nm量產(chǎn),，EUV掩模傳送盒出貨可望倍增,，且導(dǎo)入EUV后,，掩模可曝光次數(shù)為原先四分之一,，帶動(dòng)掩模傳送盒需求進(jìn)一步提升,。
3nm方面，為了如期量產(chǎn),，臺(tái)積電一直在加大投資力度,，2021年全年投資預(yù)估達(dá)到了300億美元，預(yù)計(jì)超過(guò)150億美元會(huì)用于3nm制程,。其中,，很大一部分都要用于購(gòu)買半導(dǎo)體設(shè)備，涉及的廠商主要有ASML,、KLA,、應(yīng)用材料等，他們供應(yīng)的光刻機(jī),、蝕刻機(jī)等都是制造3nm制程芯片的重要設(shè)備,。
對(duì)于3nm這樣尖端地制程工藝來(lái)說(shuō)，光刻機(jī)地重要性愈加突出,，而能提供EUV設(shè)備的,，只有ASML一家，因此,，該公司對(duì)于臺(tái)積電和三星的重要性也愈加突出,，雙方都在盡可能地從ASML那里多獲得一些最先進(jìn)地EUV設(shè)備。
不久前,，ASML CEO Peter Wennink在財(cái)報(bào)會(huì)上指出，5nm制程采用的EUV光罩層數(shù)將超過(guò)10層,，3nm制程采用的EUV光罩層數(shù)會(huì)超過(guò)20層,，隨著制程微縮EUV光罩層數(shù)會(huì)明顯增加，并取代深紫外光（DUV）多重曝光制程,。
此外,，臺(tái)積電在先進(jìn)制程可以一直領(lǐng)先對(duì)手的關(guān)鍵就是封裝。封裝技術(shù)是臺(tái)積電拿下蘋果訂單的決勝武器,。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面對(duì)物理極限挑戰(zhàn),，為了能在同一顆芯片里裝進(jìn)更多晶體管，于是有了先進(jìn)封測(cè)計(jì)劃,。三星就是因?yàn)闆](méi)有這樣的技術(shù),，所以才與蘋果單失之交臂。
近些年,，臺(tái)積電一直在布局先進(jìn)封測(cè)廠,。目前,，該公司旗下有4座先進(jìn)封測(cè)廠，分別是先進(jìn)封測(cè)一廠,、先進(jìn)封測(cè)二廠,、先進(jìn)封測(cè)三廠和先進(jìn)封測(cè)五廠，它們位于竹科,、中科,、南科、龍?zhí)兜鹊?，苗栗竹南封測(cè)基地將是其第五座先進(jìn)封測(cè)廠,。該廠預(yù)計(jì)投資3000億元新臺(tái)幣，位于竹南科學(xué)園區(qū)周邊特定區(qū),、大埔范圍,。
目前來(lái)看，該公司7nm制程芯片封測(cè)工作已經(jīng)能夠自給自足了,，5nm的也在不斷擴(kuò)充之中,。面向3nm的封測(cè)產(chǎn)線也在建設(shè)當(dāng)中。
為了滿足5nm及更先進(jìn)制程的需求,，臺(tái)積電已建立了整合扇出型（InFO）及CoWoS等封測(cè)產(chǎn)能支持,，完成了3D IC封裝技術(shù)研發(fā)，包括晶圓堆疊晶圓（WoW）及系統(tǒng)整合單芯片（SoIC）等技術(shù),，預(yù)計(jì)竹南廠將以3D IC封裝及測(cè)試產(chǎn)能為主,，計(jì)劃今年量產(chǎn)。
結(jié)語(yǔ)
成熟制程與最先進(jìn)制程,，它們特點(diǎn)分明,，前者顯得廣闊，后者則越來(lái)越高聳,，而當(dāng)下的產(chǎn)業(yè)環(huán)境,，為二者都提供了良好的發(fā)展空間，可以最大化地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),。
