發(fā)展半導體產(chǎn)業(yè)，特色工藝擔大任

近年來，半導體企業(yè)在摩爾定律的“指揮棒”下不斷追求更小的線寬，以提升芯片的性能并降低其成本。然而，隨著芯片的工藝制程逐漸接近物理極限，每個工藝節(jié)點的成本變得高昂，因此通過“非尺寸依賴的特色工藝”優(yōu)化器件成本，提升其整體性能成為了集成電路產(chǎn)業(yè)的又一發(fā)展之道。

走特色工藝“道路”幫助不少廠商獲得了高營收。8月27日，中芯國際發(fā)布科創(chuàng)板上市后的首次半年報，實現(xiàn)營業(yè)收入約18.43億美元，創(chuàng)歷史新高，同比增長26.3%；其中在成熟制程方面，中芯國際產(chǎn)能利用率持續(xù)滿載，攝像頭、電源管理、指紋識別和特殊內(nèi)存等相關(guān)應(yīng)用需求十分旺盛。除科創(chuàng)板“首秀”亮眼的中芯國際外，主打特色工藝的華虹半導體第二季度財報收入2.254億美元，環(huán)比上升11.1%，特色工藝優(yōu)勢成為其利潤的主要增長點。

特色工藝成為IC制造另一路徑

與摩爾定律下不斷追求晶體管尺寸縮小的先進制程不同，特色工藝不完全追求器件尺寸的縮小，功能的增加也能夠提升芯片的性能。由于摩爾定律不可避免地趨向物理極限，IC制造成本的不斷飆升使工藝尺寸的縮小變得愈發(fā)艱難。在這種背景下，微機電系統(tǒng)（MEMS）、射頻、高電壓、電源管理、2.5D和3D先進封裝等特色工藝成為了半導體廠商眼中的“香餑餑”，受到了廠商的追捧。

特色工藝具備非尺寸依賴、工藝相對成熟、產(chǎn)品研發(fā)投入較低和產(chǎn)品種類繁多等優(yōu)勢，因此為了更好地平衡成本、性能和功耗，特色工藝得到了臺積電、格芯、聯(lián)電等全球主要晶圓代工廠的高度重視。臺積電（南京）有限公司總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球在2020年世界半導體大會上表示，要想感受到芯片的功能，特殊工藝是其中不可或缺的“工序”。羅鎮(zhèn)球認為，如果把芯片的功能比作意欲傳遞的訊號，特殊工藝就是傳遞訊號的WiFi，因此只有不斷地推進特殊工藝，芯片的性能才能更好地被發(fā)揮出來。

除了在2020年世界半導體大會上的明確表態(tài)，臺積電在2018年年底宣布的投資案早已顯示了他們對特殊工藝的強烈需求。為了增加新的產(chǎn)線，自2003年在上海建8英寸廠之后，臺積電在臺南科學園區(qū)興建了一座新的8英寸晶圓廠，再次投建新的8英寸晶圓產(chǎn)能。

聯(lián)電在特色工藝代工市場的領(lǐng)先優(yōu)勢明顯。在面板驅(qū)動和有機發(fā)光二極管（OLED）IC領(lǐng)域，聯(lián)電的市占率均處于領(lǐng)先地位。在務(wù)實發(fā)展戰(zhàn)略的指導下，聯(lián)電持續(xù)加強對成熟工藝平臺的研發(fā)，22納米超低功耗（ULP）工藝是聯(lián)電深耕的重點領(lǐng)域，55/65納米、40納米和28納米也成為了聯(lián)電營收的主力。

另一晶圓代工巨頭格芯于2008年宣布放棄7nm和更先進制程的研發(fā)，轉(zhuǎn)攻特色工藝平臺。基于客戶對現(xiàn)有工藝差異化技術(shù)提供的強烈需求和先進工藝節(jié)點的高昂研發(fā)成本，格芯決定根據(jù)半導體制造工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，在晶體管微縮難以持續(xù)的情況下利用特色工藝持續(xù)提升芯片性能，以更好地滿足市場需求。

“兩條腿走路”戰(zhàn)略帶火特色工藝

目前，特色工藝和邏輯工藝同時提升的“兩條腿走路”戰(zhàn)略已成為中國半導體的業(yè)內(nèi)共識。由于特色工藝是一個種類眾多、應(yīng)用強相關(guān)且尚無壟斷的行業(yè)，業(yè)內(nèi)對其發(fā)展前景較為看好，因此其發(fā)展和擴張的速度也非常之快。集邦咨詢統(tǒng)計，2016年之前，中國8英寸特色工藝產(chǎn)線產(chǎn)能總計為75.6萬片，沒有12英寸特色工藝產(chǎn)線。2016年到2018年，中國共新建（規(guī)劃）10條8英寸特色工藝產(chǎn)線，6條12英寸特色工藝產(chǎn)線，總月產(chǎn)能接近110萬片（8英寸當量），顯示了特色工藝產(chǎn)線和產(chǎn)能增長勢頭的迅猛。

特色工藝的迅速發(fā)展讓其相關(guān)產(chǎn)品的市占率進一步提升，特色工藝產(chǎn)品幾乎占據(jù)了國內(nèi)市場的“半壁江山”?！?019中國半導體特色工藝市場分析報告》顯示，特色工藝產(chǎn)品國內(nèi)市場占比約為40%，所含產(chǎn)品主要為嵌入式非易失性存儲、模擬IC以及OSD產(chǎn)品（光學器件、傳感器、分立器件）。

特色工藝平臺繁多，利用特殊工藝構(gòu)筑的競爭壁壘能夠使廠商在產(chǎn)能上取得領(lǐng)先并實現(xiàn)高盈利，因此各種中國半導體企業(yè)都紛紛投入特色工藝的生產(chǎn)。作為中國本土晶圓代工的“領(lǐng)頭羊”，中芯國際在開發(fā)14nm及以下邏輯制程工藝之外，也在積極擴充它在天津、深圳、寧波、紹興等地的8英寸產(chǎn)能?，F(xiàn)階段的特色工藝以8英寸為主，這意味著中芯國際為了實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化，也積極投入到了特色工藝的研發(fā)中。此外，專注于差異化技術(shù)晶圓代工的華虹宏力目前已經(jīng)建立了多個差異化的工藝平臺，包括嵌入式非易失性存儲器（eNVM）、功率分立器件（discrete）、模擬和電源管理IC、射頻（RF）等。

投身特色工藝平臺的研發(fā)可能是多數(shù)國內(nèi)半導體企業(yè)發(fā)展的必由之路。半導體行業(yè)專家莫大康在接受《中國電子報》記者采訪時指出，對于絕大部分的中國半導體企業(yè)來說，它們的首要任務(wù)是求生存，因此能實現(xiàn)盈利才是它們發(fā)展的當務(wù)之急。在這種情況下，僅僅讓它們?nèi)プ粉櫮柖?，或者去嘗試存儲器的IDM模式量產(chǎn)是不客觀的。

差異化市場需求帶動特色工藝發(fā)展

5G技術(shù)的落地和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的普及使得特色工藝的市場前景更為廣闊，多樣化和差異化的市場需求為半導體特色工藝市場的持續(xù)發(fā)展注入了新的動力。華虹宏力執(zhí)行副總裁范恒告訴記者，隨著半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和終端應(yīng)用的日益多樣化，市場對差異化工藝的需求也越來越多。尤其對于智能卡、電源管理芯片和分立器件這些占絕對多數(shù)的半導體芯片種類而言，從制造成本、生產(chǎn)穩(wěn)定性和交付可靠性方面來看，特色工藝是更優(yōu)的選擇。

近年來，新興技術(shù)帶動的新興市場對特色工藝的需求量持續(xù)暴漲，特色工藝的市場需求持續(xù)升溫。

作為新基建的重要內(nèi)容之一，新能源汽車的發(fā)展對電驅(qū)動的小型化和輕量化提出了更高的要求。碳化硅（SiC）材料具有耐高壓、耐高溫、高效率和高頻率等優(yōu)異的物理和化學特性，能夠極大地提升現(xiàn)有能源的轉(zhuǎn)換效率，滿足電驅(qū)動小型化和輕量化的需求。因此，SiC功率器件在新能源汽車的應(yīng)用中具有很多優(yōu)勢，成為了特色工藝市場的重要爆發(fā)點之一。此外，由于SiC功率器件的相關(guān)技術(shù)基本成熟，市場也正處于快速起量的臨界點。

5G的商用也讓特色工藝的市場需求明顯增加。中芯國際聯(lián)合首席執(zhí)行官趙海軍在二季度業(yè)績電話會議上曾表示，“5G的相關(guān)應(yīng)用需求量增長后，0.18微米和0.15微米這兩個成熟工藝的需求缺口特別大?！?/p>

除此之外，物聯(lián)網(wǎng)對傳感器和藍牙芯片的需求、智能手機和機器視覺對圖像傳感器的需求都會是未來的市場爆發(fā)點。

然而，半導體產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展使中國大陸的晶圓代工企業(yè)面臨著一個重要問題。先進工藝高昂的研發(fā)投資和成本與所獲利潤并不對等，未來能用得起、用得上先進工藝的客戶群在減少，大量營收依然來自成熟工藝。針對這點，聯(lián)電有三條非常值得借鑒的良策：其一，半導體企業(yè)不要急于追求先進工藝的開發(fā)，對于眼下已掌握的技術(shù)要做到穩(wěn)扎穩(wěn)打，精益求精。其二，半導體企業(yè)應(yīng)當擁抱成熟、特色工藝市場，采取“兩條腿走路”戰(zhàn)略，在需求更廣闊的成熟、特色工藝市場取得突破。其三，半導體企業(yè)應(yīng)當結(jié)合自身狀況，借鑒先進的管理經(jīng)驗。畢竟，只有少數(shù)企業(yè)才有可能參與先進工藝的競逐，更多的晶圓制造工企業(yè)還是要面向更加廣闊的成熟與特色工藝市場。