半導體工業(yè)的關鍵——晶圓專題
加入技術交流群
半導體已經(jīng)與我們的生活融為一體，我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多方面，包括手機、筆記本電腦、汽車、電視等，都離不開半導體。而制造半導體所需的多任務流程被分為幾個基本工藝，這些工藝的第一步就是晶圓制造。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202402/455682.htm晶圓可以說是半導體的基礎，因為半導體集成電路包含許多處理各種功能的電氣元件。而集成電路是通過在晶圓的基板上創(chuàng)建許多相同的電路來制造的。晶圓是從硅棒上切成薄片的圓盤，由硅或砷化鎵等元素制成。大多數(shù)晶圓是由從沙子中提取的硅制成。美國的硅谷始于半導體產(chǎn)業(yè)，最終成為全球軟件產(chǎn)業(yè)的中心。據(jù)報道，它的名字是半導體原材料“硅”和圣克拉拉谷的“山谷”的組合。全球晶圓制造產(chǎn)能分布或?qū)⑦@樣改變
在經(jīng)過制造硅錠、切割錠及研磨和拋光晶圓表面后，再經(jīng)過拋光液和拋光機來拋光晶圓表面。在進一步加工之前拋光晶圓稱為裸晶圓，表示尚未制造芯片。使用許多物理和化學工藝在裸晶圓上制造集成電路后，晶圓最終制作完畢。半導體晶圓由很多部分組成，晶圓、晶粒、分割線、平坦區(qū)及凹槽。
而制造晶圓只是第一步，除此之外還有制造晶圓的晶圓行業(yè)和在晶圓上設計和制造電路的制造(FAB)行業(yè)。并且還有封裝行業(yè)等進行后續(xù)操作。
而全球各大半導體廠商，無論是研發(fā)還是制造，都有自己的工藝技術及代工廠支撐。而背后這些環(huán)節(jié)均需要顯著的研發(fā)和資本投入。特別是制造環(huán)節(jié)，資本投入成為主導，占據(jù)了總成本的64%，主要依賴大量的資本投入來擴大產(chǎn)能，進而推動收入和利潤的增長。
早期，半導體行業(yè)主要采取集成器件制造（IDM）模式，即一家公司負責從芯片設計到制造、封裝測試的全部流程。
隨著行業(yè)的不斷發(fā)展和技術迭代的加速，這種模式面臨著越來越大的研發(fā)和資本壓力。因此，行業(yè)開始向無晶圓廠（Fabless）和晶圓代工（Foundry）模式轉(zhuǎn)型。
在這種新的分工模式下，F(xiàn)abless企業(yè)專注于芯片設計，而Foundry企業(yè)則負責制造。這種轉(zhuǎn)型不僅降低了芯片設計的行業(yè)門檻，還通過專業(yè)化分工提高了生產(chǎn)效率。
在技術層面，隨著制程技術的不斷提升，晶圓代工的難度也在顯著增加。從光刻技術到封裝測試等各個環(huán)節(jié)都需要全面的技術創(chuàng)新。同時晶圓代工商業(yè)模式的興起顯著降低了芯片設計行業(yè)的資本門檻，推動了全球芯片設計的快速崛起。
當前半導體晶圓代工行業(yè)保持著強勁的發(fā)展勢頭。在全球需求逐步復蘇和庫存水平較低的背景下，2024年需求增長和新品補庫存有望為行業(yè)提供增量空間。此外，隨著先進制程不斷進步和市場的持續(xù)拓展，行業(yè)有望在未來創(chuàng)造更多的價值。
半導體晶圓代工行業(yè)具有資本密集、技術壁壘高、更新速度快和規(guī)模效應顯著等特點。這些特點決定了該行業(yè)的競爭格局高度集中，全球少數(shù)幾家企業(yè)占據(jù)了主導地位。
臺積電（TSMC）
臺積電目前總市值約5250.71億元，其總部位于中國臺灣地區(qū)。作為全球首創(chuàng)的專業(yè)集成電路制造服務商，其核心代工部門涵蓋制造、銷售、包裝、測試以及集成電路等半導體器件的計算機輔助設計和面具制作服務。此外，公司還涉足系統(tǒng)級芯片(SoC)的研究、開發(fā)與設計，以及固態(tài)照明設備和太陽能相關技術產(chǎn)品的研發(fā)、制造與銷售。
公司主營業(yè)務高度聚焦，幾乎全部收入和毛利均來源于晶圓制造，即晶圓代工業(yè)務。
臺積電在成熟制程晶圓代工市場中擁有最大份額，特別是在32/28nm制程技術方面，處于全球絕對領先地位。自2003年起，臺積電一直占據(jù)著50%的市場份額，穩(wěn)固地維持著其在晶圓代工行業(yè)的龍頭地位。
目前，臺積電已覆蓋下游所有頭部玩家，并將主流芯片制程推進至3nm的先進水平。
作為產(chǎn)業(yè)龍頭，臺積電不僅擁有更高的定價權，還能夠憑借技術優(yōu)勢鎖定高毛利率的先進制程訂單。臺積電2022年的毛利率高達59.56%，自2017年以來一直維持在50%左右的高水平。相比之下，其他廠商由于成熟制程領域的激烈競爭，毛利率被限制在50%水平線之下，顯著低于臺積電。
來源于網(wǎng)絡公開整理
目前臺積電正積極布局2nm先進制程產(chǎn)能以及先進封裝產(chǎn)能的擴張，以滿足不斷升級的市場需求和技術趨勢。
格芯（GlobalFoundries）
格芯目前總市值約為317.48億，其總部位于美國，成立于2008年。
格芯（Global Foundries）是一家具有深遠歷史和重要地位的半導體晶圓代工廠商。根據(jù)Trendforce的數(shù)據(jù)，按營收計算，2022年格芯是全球第三大晶圓代工廠。
格芯的起源可追溯到AMD的制造部門。2009年，AMD從集成設備制造商（IDM）模式轉(zhuǎn)型為無晶圓廠（Fabless）模式，將其制造部門出售給阿聯(lián)酋的阿布扎比先進技術投資公司（ATIC）。這一變革催生了格芯，盡管其作為純代工廠商的歷史并不長，但憑借AMD的技術積累和規(guī)?；A，格芯迅速嶄露頭角，并通過戰(zhàn)略收購不斷壯大自身實力。
2010年，格芯收購了新加坡的特許半導體晶圓廠，規(guī)模進一步擴大。從而在新加坡獲得了多座200mm和300mm晶圓廠，并拓展了約200個客戶。這次收購標志著格芯開始向更多客戶提供晶圓代工服務。
2015年，格芯進一步收購了IBM的技術開發(fā)部門和芯片制造部門，這一舉措顯著提升了公司在半導體技術研發(fā)和生產(chǎn)方面的能力。
直至2021年，格芯一直由阿拉伯聯(lián)合酋長國的主權財富基金穆巴達拉投資公司私人持有。
公司在全球范圍內(nèi)擁有多個晶圓制造廠，包括新加坡的四家200mm晶圓制造廠、德國和新加坡各一家300mm晶圓制造廠以及美國的三家制造廠（包括佛蒙特州的一家200mm晶圓制造廠和紐約的兩家300mm晶圓制造廠）。這些制造廠為格羅方德提供了強大的產(chǎn)能支持，使其能夠滿足全球客戶的需求。
格芯主要關注更成熟的工藝技術，這使其在特定市場領域具有獨特競爭優(yōu)勢。且與眾多知名半導體公司保持著緊密的合作關系，如AMD、Broadcom、高通和STMicroelectronics等。
展望未來，格芯將繼續(xù)致力于技術創(chuàng)新和產(chǎn)能擴張，以滿足全球市場對高性能、低功耗芯片的不斷增長需求。
格芯和Microchip宣布Microchip 28納米SuperFlash嵌入式閃存解決方案投產(chǎn)
格芯和意法半導體正式簽署法國12英寸半導體晶圓新廠協(xié)議
聯(lián)電（UMC）
聯(lián)電總市值約198.80億元，總部在中國臺灣，成立于1980年。
自1980年成立以來，一直是中國臺灣地區(qū)半導體產(chǎn)業(yè)的領跑者。其不僅是中國臺灣地區(qū)首家提供晶圓制造服務的公司，更是中國臺灣地區(qū)首家上市的半導體公司，于1985年上市。
聯(lián)電專注于半導體代工業(yè)務，廣泛提供互補式金屬氧化物半導體邏輯晶圓、混合信號晶圓、射頻互補金屬氧化物半導體晶圓、嵌入式存儲產(chǎn)品、高壓集成電路以及互補金屬氧化物半導體圖像傳感器等多樣化產(chǎn)品。
1995年，聯(lián)電與美國和加拿大的11家IC設計公司合作，共同成立了聯(lián)誠、聯(lián)瑞、聯(lián)嘉三家晶圓代工廠。
盡管聯(lián)電與臺積電在起步時間上相近，并曾一度展現(xiàn)出與臺積電相抗衡的實力，但隨著時間的推移，兩者之間的差距逐漸拉大。但當前聯(lián)電仍是全球半導體晶圓代工領域的重要參與者。
為了進一步提升產(chǎn)能和技術實力，聯(lián)電在2022年2月宣布將在新加坡原廠旁擴建新廠。該廠主要配備22/28nm工藝產(chǎn)線，總投資金額達50億美元。一期規(guī)劃產(chǎn)能為每月3萬片晶圓，預計于今年底投產(chǎn)。這一新廠的規(guī)劃產(chǎn)能約占聯(lián)電當前在新加坡總產(chǎn)能的24%，有望為公司的未來發(fā)展注入新的動力。
2022年，聯(lián)電營業(yè)收入達到91億美元。根據(jù)權威機構(gòu)數(shù)據(jù)，2023年第二季度，聯(lián)電營收是全球第四大晶圓代工企業(yè)，占據(jù)全球晶圓代工市場6.6%的份額。
聯(lián)電、英特爾宣布合作開發(fā) 12nm 芯片制程，2027 年投產(chǎn)
晶圓代工成熟制程大降價，聯(lián)電、世界先進、力積電搶救產(chǎn)能利用率
劍指 12nm，英特爾與聯(lián)電結(jié)盟的五大利好
中芯國際（SMIC）
其總市值為1370.00億，總部在中國，成立于2000年。中芯國際是全球領先的集成電路晶圓代工企業(yè)之一，同時也是中國大陸集成電路制造業(yè)的佼佼者。
中芯國際總部位于上海，并在全球范圍內(nèi)建立了多個制造和服務基地。目前，公司在上海、北京、天津和深圳運營著三座8吋晶圓廠和三座12吋晶圓廠，同時在上海、北京和深圳還各有一座12吋晶圓廠正在建設中。此外，中芯國際在美國、歐洲、日本和中國臺灣等地設立了營銷辦事處，以更好地服務全球客戶，并在中國香港設有代表處。
中芯國際專注于多種技術節(jié)點和不同技術平臺的集成電路晶圓代工業(yè)務，同時提供設計服務、IP支持以及光掩模制造等配套服務。公司憑借其卓越的工藝制造能力、產(chǎn)能優(yōu)勢以及完善的服務配套，為全球客戶提供從0.35微米到14納米不同技術節(jié)點的晶圓代工與技術服務。
在巨額資本投入的壓力下，聯(lián)電和格羅方德已退出先進制程競爭。聯(lián)電在2017年宣布將專注于成熟制程，而格羅方德也在2018年末決定暫緩7nm制程研發(fā)，轉(zhuǎn)而投資相對成熟的制程服務。
如今，先進制程領域的領跑者僅剩臺積電、三星和英特爾，而中芯國際作為持續(xù)投入的趕超者，也加入了這場競爭。
中芯國際正積極擴大產(chǎn)能，現(xiàn)有規(guī)劃在建的產(chǎn)能共計30萬片/月，均為12英寸28納米節(jié)點及以上技術節(jié)點。其中，深圳、北京、上海和天津等項目均已開展相關工作。
另外，中芯集成的子公司中芯先鋒還與紹興濱海新區(qū)管理委員會簽訂了協(xié)議，計劃在三期中試線項目的基礎上，在未來兩到三年內(nèi)再投資222億元，將月產(chǎn)能擴大至10萬片。
中芯國際披露2023年四季報：毛利率下降，營收環(huán)比小幅增長科技戰(zhàn)：中國最大芯片制造商中芯國際因美國制裁而急于囤積半導體工具，支出大幅增加
總投資573億元！中芯國際12英寸晶圓代工生產(chǎn)線新進展國內(nèi)需求復蘇中芯國際40nm、28nm工藝已滿載：供應鏈正在洗牌
三星（Samsung）
三星總市值為2757.82億，總部位于韓國，成立于1969年。
三星電子是一家多元化的電子集團，生產(chǎn)和銷售各種產(chǎn)品，包括智能手機、半導體芯片、打印機、家用電器、醫(yī)療設備和電信網(wǎng)絡設備。其一半以上的利潤來自半導體業(yè)務，另有25％來自其手機業(yè)務，盡管這些百分比因每項業(yè)務的命運而異。
三星是世界上最大的智能手機和電視制造商，這有助于為其組件業(yè)務（例如存儲芯片和顯示器）提供基本需求，也是全球最大的智能手機和電視制造商。
三星電子自2005年涉足晶圓制造業(yè)務，建立了其首條晶圓生產(chǎn)線。隨后的技術躍進中，三星在2011年實現(xiàn)了HKMG技術的量產(chǎn)，2015年進一步推進至FinFET技術的量產(chǎn)，2016年更是成功實現(xiàn)了10nm技術的量產(chǎn)。
到了2017年，三星的代工業(yè)務獨立于公司的產(chǎn)品部門，開始自主運營，兩年后，在2019年，三星成功實現(xiàn)了7nmEUV技術的量產(chǎn)，標志著其在先進制程技術上的又一重要里程碑。
三星在先進制程技術上的發(fā)展藍圖已經(jīng)鋪展至2027年。目前，三星已經(jīng)開始著手3nm SF3E技術的生產(chǎn)，并計劃在2025年進一步推進至2nm技術，到2027年更是瞄準了1.4nm的制程技術。
與臺積電相比，三星在良率上的突破顯得相對緩慢。以4nm節(jié)點為例，臺積電的良率已經(jīng)達到了80%，而三星的良率則徘徊在60-70%之間。即使在3nm節(jié)點上，雖然三星率先采用了GAA新技術，但在良率方面仍未能完全超越臺積電的FinFET技術。這意味著，在先進制程技術的競賽中，三星不僅需要繼續(xù)推進技術研發(fā)，還需要在良率提升方面下更多功夫，以確保其在市場上的競爭力。
三星Exynos 2500芯片試產(chǎn)失?。?nm GAA工藝仍存缺陷
三星與臺積電據(jù)悉都將從2025年開始投入2nm制程量產(chǎn)
評論