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2020年01月28日 | 半导体工艺的哲理：要做小也要做深
2020-01-28 来源：中国电子报
集成电路发展有两大动力，一个是摩尔红利驱动的逻辑工艺，一个是市场细分驱动的特色工艺。今年年初，华虹集团旗下华虹无锡项目一期（华虹七厂）首批功率器件产品交付，标志着中国大陆最先进的12英寸功率器件平台成功实现量产。
此前，积塔半导体特色工艺生产线正式搬入首台光刻机，厦门士兰12英寸特色工艺产线封顶并投产。一方面，世界前十的晶圆代工厂都对特色工艺有所布局，竞争压力不容小觑；另一方面，特色工艺长尾效应明显，市场碎片化且容量大，为我国半导体企业带来发展机遇。
强手林立不乏竞争
相比以线宽为基准的逻辑工艺，特色工艺的竞争能力更加综合，包括工艺、产品、服务、平台等多个维度。赛迪顾问分析师吕芃浩表示，特色工艺的竞争点在于工艺的成熟度和稳定性，工艺平台的多样性，以及产品种类的丰富程度。业内人士王笑龙表示，特色工艺主要比拼厂商的技术经验、服务能力和特殊化开发能力。
老牌IDM厂商，往往在产品设计能力占优。例如，英飞凌的IGBT已经做到650V，应用在电力电网、高铁汽车等领域，具有更高的电压阻断能力和稳定性。而国内许多IGBT厂商难以达到同等的电压阻断能力，聚焦在650V以下但附加值较低的消费电子领域。同样，对于晶圆代工厂商，能否在更低线宽做出同等性能的元器件，决定了厂商的工艺能力。虽然特色工艺不追求线宽，但线宽越低，就越能控制批量生产成本。
在拓墣产业研究院公布的2019年全球前十晶圆代工厂商中，排名第12位的台积电、三星等都在特色工艺有所布局；排名第3、4位的格芯和联电因为无力追赶先进制程步伐，分别在7nm节点和12nm节点中止了对制程节点的进一步开发，将主要精力转向特色工艺。高塔、东部高科、世界先进则侧重特色工艺，目前高塔RF-SOI、RF-CMOS等射频元器件，以及BCD、CIS已经进展到65nm进程。
“台积电等大厂也重视特色工艺，由于其体量庞大，即使投入相对小比例的资源到特色工艺，也不容小觑。国内厂商做特色工艺从来不缺乏竞争。”王笑龙说。
8英寸向12英寸迈进
从6英寸迈向8英寸，从8英寸迈向12英寸，是晶圆代工的大方向。2019年，无锡SK海力士二厂竣工投产，预计完全达产后将月产18万片12英寸晶圆。华虹七厂12英寸生产线月产能规划为4万片，面向移动通信、物联网、智能家居、人工智能、新能源汽车等新兴应用领域的中高端芯片需要。
粤芯半导体12英寸芯片生产线投产，采用130nm~180nm的平台工艺，围绕“产品差异化工艺制程”，锁定高端模拟芯片、汽车电子、生物医疗检测、5G前端模块等产品方向。
除了投资设厂，亦有厂商通过收购获得12英寸产能。联电获准收购与富士通半导体合资的12英寸晶圆厂三重富士通全部股权，预计联电12英寸月产将增加20%以上。
半导体业内专家莫大康向记者表示，特色工艺现阶段以8英寸为主，12英寸是少数，多为成熟制程，又分代工、IDM及非硅材料，中国在8英寸代工方面有优势，但IDM竞争对手均是国际老牌大厂，优势较难突破。在非硅材料方面，我国厂商起步较晚。
随着工艺进入到90nm~55nm，12英寸相对8英寸效能更高，但挑战不小。王笑龙表示，从90nm工艺开始，12英寸晶圆切入市场。相比8英寸，12英寸生产效率更高，在产品量大时能有效降低生产成本。但12英寸产线对于工艺指标要求更高，对于原材料的要求也更高。吕芃浩也表示，12英寸特色工艺整体成本是8英寸的80%左右，但是12英寸采用的多数是新设备，前期投入很大，如果产能爬坡不顺利，可能陷入长期亏损。
现阶段，8英寸的优势仍旧明显，将与12英寸长期并存。莫大康表示，8英寸具有设备折旧期已过、工艺相对成熟稳定、设备软件升级较少受原厂控制等优势。同时，8英寸特色工艺的线宽也开始步入90nm以下，例如三星的8英寸解决方案就包括了65nm的eFlash和70nm的显示器驱动IC。未来12英寸、8英寸产能将继续增加，长期并存。
长尾效应带来市场机遇
数据显示，2020年特色工艺的驱动力为混合信号芯片、射频IC、汽车电子、MEMS传感器、MCU、图像传感器和智能卡IC。据悉，eNVM是华虹宏力2018年第一大营收来源，主要包括智能卡芯片和MCU两大类应用。同时，5G蜂窝网络的部署，将大幅提升对RF技术的需求。
5G、物联网、多摄像头手机等新技术、新终端，将为特色工艺市场持续注入动能。王笑龙表示，近年来特色工艺市场需求最大的变化就是需求量持续暴涨，射频通信、功率器件、MEMS、CIS、指纹和面部识别等产品对于晶圆的需求量不断增长。
碳化硅大功率器件是特色工艺市场的一个重要爆发点，技术基本成熟，市场正在快速起量的临界点。吕芃浩表示，5G的商用对射频芯片需求、物联网对传感器和蓝牙芯片的需求、新能源汽车对功率器件和传感器的需求、智能手机和机器视觉对图像传感器的需求都会是未来的市场爆发点。
“特色工艺技术面和产品面更宽，有很多长尾化和碎片化的市场，工艺也没有绝对标准，没有一家晶圆厂能通吃所有特色工艺产品。所以，国内厂商有立足的空间。”王笑龙说。
近年来国内的产能建设，也在厂内设施和设备形成优势。“国外大厂由于年代久远，设备陈旧，在新兴特色工艺竞争中，中国许多新建厂具有优势。”莫大康表示。
我国作为全球最大的半导体市场，为特色工艺发展提供了市场机遇。吕芃浩表示，国内企业特色工艺大多聚焦中低端，导致产品同质化严重。
但是我国是全球最大集成电路市场，特色工艺产品与市场应用紧密结合，应用企业应在产品开发初期与特色工艺企业密切互动，加强整机与特色工艺企业的协同创新。
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