半導(dǎo)體工藝：要做小也要做深

張心怡

集成電路發(fā)展有兩大動(dòng)力，一個(gè)是摩爾紅利驅(qū)動(dòng)的邏輯工藝，一個(gè)是市場(chǎng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的特色工藝。今年年初，華虹集團(tuán)旗下華虹無(wú)錫項(xiàng)目一期（華虹七廠）首批功率器件產(chǎn)品交付，標(biāo)志著中國(guó)大陸最先進(jìn)的12英寸功率器件平臺(tái)成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。此前，積塔半導(dǎo)體特色工藝生產(chǎn)線正式搬入首臺(tái)光刻機(jī)，廈門士蘭12英寸特色工藝產(chǎn)線封頂并投產(chǎn)。一方面，世界前十的晶圓代工廠都對(duì)特色工藝有所布局，競(jìng)爭(zhēng)壓力不容小覷;另一方面，特色工藝長(zhǎng)尾效應(yīng)明顯，市場(chǎng)碎片化且容量大，為我國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇。

強(qiáng)手林立不乏競(jìng)爭(zhēng)

相比以線寬為基準(zhǔn)的邏輯工藝，特色工藝的競(jìng)爭(zhēng)能力更加綜合，包括工藝、產(chǎn)品、服務(wù)、平臺(tái)等多個(gè)維度。賽迪顧問(wèn)分析師呂芄浩表示，特色工藝的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)在于工藝的成熟度和穩(wěn)定性，工藝平臺(tái)的多樣性，以及產(chǎn)品種類的豐富程度。芯謀研究總監(jiān)王笑龍表示，特色工藝主要比拼廠商的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、服務(wù)能力和特殊化開(kāi)發(fā)能力。

老牌IDM廠商，往往在產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力占優(yōu)。例如，英飛凌的IGBT已經(jīng)敞到650V，應(yīng)用在電力電網(wǎng)、高鐵汽車等領(lǐng)域，具有更高的電壓阻斷能力和穩(wěn)定性。而國(guó)內(nèi)許多IGBT廠商準(zhǔn)以達(dá)到同等的電壓阻斷能力，聚焦在650V以下但附加值較低的消費(fèi)電子領(lǐng)域。同樣，對(duì)于晶圓代工廠商，能否在更低線寬做出同等性能的元器件，決定了廠商的工藝能力。雖然特色工藝不追求線寬，但線寬越低，就越能控制批量生產(chǎn)成本。

在拓璞產(chǎn)業(yè)研究院公布的2019年全球前十晶圓代工廠商中，排名第12位的臺(tái)積電、三星等都在特色工藝有所布局;排名第3、4位的格芯和聯(lián)電因?yàn)闊o(wú)力追趕先進(jìn)制程涉伐，分別在7nm節(jié)點(diǎn)和12nm節(jié)點(diǎn)中止了對(duì)制程節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，將主要精力轉(zhuǎn)向特色工藝。高塔、東部高科、世界先進(jìn)則測(cè)重特色工藝，目前高塔RF-SOI、R，F(xiàn)-CMOS等射頻元器件，以及BCD、CIS已經(jīng)進(jìn)展到65nm進(jìn)程。

“臺(tái)積電等大廠也重視特色工藝，由于其體量龐大，即使投入相對(duì)小比例的資源到特色工藝，也不容小覷。國(guó)內(nèi)廠商做特色工藝從來(lái)不缺乏競(jìng)爭(zhēng)。”王笑龍說(shuō)。

8英寸向12英寸邁進(jìn)

從6英寸邁向8英寸，從8英寸邁向12英寸，是晶圓代工的大方向。2019年，無(wú)錫SK海力士二廠竣工投產(chǎn)，預(yù)計(jì)完全達(dá)產(chǎn)后將月產(chǎn)18萬(wàn)片12英寸晶圓。華虹七廠12英寸生產(chǎn)線月產(chǎn)能規(guī)劃為4萬(wàn)片，面向移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、人工智能、新能源汽車等新興應(yīng)用領(lǐng)域的中高端芯片需要。粵芯半導(dǎo)體12英寸芯片生產(chǎn)線投產(chǎn)，采用130nm～180nm的平臺(tái)工藝，圍繞“產(chǎn)品差異化工藝制程”，鎖定高端模擬芯片、汽車電子、生物醫(yī)療檢測(cè)、5G前端模塊等產(chǎn)品方向。

除了投資設(shè)廠，亦有廠商通過(guò)收購(gòu)獲得12英寸產(chǎn)能。聯(lián)電獲準(zhǔn)收購(gòu)與富士通半導(dǎo)體合資的12英寸晶圓廠三重富士通全部股權(quán)，預(yù)計(jì)聯(lián)電12英寸月產(chǎn)將增加20%以上。

半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)專家莫大康向記者表示，特色工藝現(xiàn)骱段以8英寸為主，12英寸是少數(shù)，多為成熟制程，又分代工、IDM及非硅材料，中國(guó)在8英寸代工方面有優(yōu)勢(shì)，但I(xiàn)DM競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手均是國(guó)際老牌大廠，優(yōu)勢(shì)較難突破。在非硅材料方面，我國(guó)廠商起步較晚。

隨著工藝進(jìn)入到90nm～55nm，12英寸相對(duì)8英寸效能更高，但挑戰(zhàn)不小。王笑龍表示，從90nm工藝開(kāi)始，12英寸晶圓切入市場(chǎng)。相比8英寸，12英寸生產(chǎn)效率更高，在產(chǎn)品量大時(shí)能有效降低生產(chǎn)成本。但12英寸產(chǎn)線對(duì)于工藝指標(biāo)要求更高，對(duì)于原材料的要求也更高。呂芄浩也表示，12英寸特色工藝整體成本是8英寸的80%左右，但是12英寸采用的多數(shù)是新設(shè)備，前期投入很大，如果產(chǎn)能爬坡不順利，可能陷入長(zhǎng)期虧損。

現(xiàn)階段，8英寸的優(yōu)勢(shì)仍舊明顯，將與12英寸長(zhǎng)期并存。莫大康表示，8英寸具有設(shè)備折舊期已過(guò)、工藝相對(duì)成熟穩(wěn)定、設(shè)備軟件升級(jí)較少受原廠控制等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，8英寸特色工藝的線寬也開(kāi)始步入90nm以下，例如三星的8英寸解決方案就包括了65nm的eFlash和70mn的顯示器驅(qū)動(dòng)IC。未來(lái)12英寸、8英寸產(chǎn)能將繼續(xù)增加，長(zhǎng)期并存。

長(zhǎng)尾效應(yīng)帶來(lái)市場(chǎng)機(jī)遇

數(shù)據(jù)顯示，2020年特色工藝的驅(qū)動(dòng)力為混合信號(hào)芯片、射頻IC、汽車電子、MEMS傳感器、MCU、圖像傳感器和智能卡IC。據(jù)悉，eNVM是華虹宏力2018年第一大營(yíng)收來(lái)源，主要包括智能卡芯片和MCU兩大類應(yīng)用。同時(shí)，5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的部署，將大幅提升對(duì)RF技術(shù)的需求。

5G、物聯(lián)網(wǎng)、多攝像頭手機(jī)等新技術(shù)、新終端，將為特色工藝市場(chǎng)持續(xù)注入動(dòng)能。王笑龍表示，近年來(lái)特色工藝市場(chǎng)需求最大的變化就是需求量持續(xù)暴漲，射頻通信、功率器件、MEMS、CIS、指紋和面部識(shí)別等產(chǎn)品對(duì)于晶圓的需求量不斷增長(zhǎng)。碳化硅大功率器件是特色工藝市場(chǎng)的一個(gè)重要爆發(fā)點(diǎn)，技術(shù)基本成熟，市場(chǎng)正在快速起量的臨界點(diǎn)。呂芄浩表示，5G的商用對(duì)射頻芯片需求、物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳感器和藍(lán)牙芯片的需求、新能源汽車對(duì)功率器件和傳感器的需求、智能手機(jī)和機(jī)器視覺(jué)對(duì)圖像傳感器的需求都會(huì)是未來(lái)的市場(chǎng)爆發(fā)點(diǎn)。

“特色工藝技術(shù)面和產(chǎn)品面更寬，有很多長(zhǎng)尾化和碎片化的市場(chǎng)，工藝也沒(méi)有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有一家晶圓廠能通吃所有特色工藝產(chǎn)品。所以，國(guó)內(nèi)廠商有立足的空間。”王笑龍說(shuō)。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)能建設(shè)，也在廠內(nèi)設(shè)施和設(shè)備形成優(yōu)勢(shì)。“國(guó)外大廠由于年代久遠(yuǎn)，設(shè)備陳舊，在新興特色工藝競(jìng)爭(zhēng)中，中國(guó)許多新建廠具有優(yōu)勢(shì)。”莫大康表示。

我國(guó)作為全球最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，為特色工藝發(fā)展提供了市場(chǎng)機(jī)遇。呂芄浩表示，國(guó)內(nèi)企業(yè)特色工藝大多聚焦中低端，導(dǎo)致產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重。

但是我國(guó)是全球最大集成電路市場(chǎng)，特色工藝產(chǎn)品與市場(chǎng)應(yīng)用緊密結(jié)合，應(yīng)用企業(yè)應(yīng)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期與特色工藝企業(yè)密切互動(dòng)，加強(qiáng)整機(jī)與特色工藝企業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新。