發展半導體產業，特色工藝擔大任

張依依 沈叢

近年來，半導體企業在摩爾定律的“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，每個工藝節點的成本變得高昂，因此通過“非尺寸依賴的特色工藝”優化器件成本，提升其整體性能成為了集成電路產業的又一發展之道。

走特色工藝“道路”幫助不少少商獲得了高營收。8月27日，中芯國際發布科創板上市后的首次半年報，實現營業收人約18.43億美元，創歷史新高，同比增長26.3%;其中在成熟制程方面，中芯國際產能利用率持續滿載，攝像頭、電源管理、指紋識別和特殊內存等相關應用需求十分旺盛。除科創板“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人2.254億美元，環比上升11.1%，特色工藝優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艱難。在這種背景下，微機電系統（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、工藝相對成熟產品研發投入較低和產品種類繁多等優勢，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）有限公司總經理羅鎮球在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揮出來。

除了在2020年世界半導體大會，上的明確表態，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。為了增加新的產線，自2003年在上海建8英寸廠之后，臺積電在臺南科學園區興建了一座新的8英寸晶圓廠，再次投建新的8英寸晶圓產能。

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

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，轉攻特色工藝平臺。基于客戶對現有工藝差異化技術提供的強烈需求和先進工藝節點的高昂研發成本，格芯決定根據半導體制造工藝的發展現狀，在晶體管微縮難以持續的情況下利用特色工藝持續提升芯片性能，以更好地滿足市場需求。

“兩條腿走路”戰略

帶火特色工藝

目前，特色工藝和邏輯工藝同時提升的“兩條腿走路戰略已成為中國半導體的業內共識。由于特色工藝是一個種類眾多應用強相關且尚無壟斷的行業，業內對其發展前景較為看好，因此其發展和擴張的速度也非常之快。集邦咨詢統計，2016年之前，中國8英寸特色工藝產線產能總計為75.6萬片，沒有12英寸特色工藝產線。2016年到2018年，中國共新建（規劃）10條8英寸特色工藝產線，6條12英寸特色工藝產線，總月產能接近110萬片（8英寸當量），顯示了特色工藝產線和產能增長勢頭的迅猛。

特色工藝的迅速發展讓其相關產品的市占率進一步提升，特色工藝產品幾乎占據了國內市場的“半壁江山”。《2019中國半導體特色工藝市場分析報告》顯示，特色工藝產品國內市場占比約為40%，所含產品主要為嵌人式非易失性存儲、模擬IC以及OSD產品（光學器件、傳感器、分立器件）。

特色工藝平臺繁多，利用特殊工藝構筑的競爭壁壘能夠使廠商在產能。上取得領先并實現高盈利，因此各種中國半導體企業都紛紛投人特色工藝的生產。作為中國本土晶圓代工的“領頭羊”，中芯國際在開發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英寸產能?，F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產品的差異化，也積極投人到了特色工藝的研發中。此外，專注于差異化技術晶圓代工的華虹宏力目前已經建立了多個差異化的工藝平臺，包括嵌人式非易失性存儲器（eN-VM）、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可能是多數國內半導體企業發展的必由之路。半導體行業專家莫大康在接受《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來說，它們的首要任務是求生存，因此能實現盈利才是它們發展的當務之急。在這種情況下，僅僅讓它們去追蹤摩爾定律，或者去嘗試存儲器的IDM模式量產是不客觀的。

差異化市場需求帶動特色工藝發展

5G技術的落地和物聯網等技術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發展注人了新的動力。華虹宏力執行副總裁范恒告訴記者，隨著半導體產業的發展和終端應用的日益多樣化，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的半導體芯片種類而言，從制造成本、生產穩定性和交付可靠性方面來看，特色工藝是更優的選擇。

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

作為新基建的重要內容之一，新能源汽車的發展對電驅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異的物理和化學特性，能夠極大地提升現有能源的轉換效率，滿足電驅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用中具有很多優勢，成為了特色工藝市場的重要爆發點之一。此外，由于SiC功率器件的相關技術基本成熟，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。中芯國際聯合首席執行官趙海軍在二季度業績電話會議上曾表示，“5G的相關應用需求量增長后，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，物聯網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點。

然而，半導體產業的迅速發展使中國大陸的晶圓代工企業面臨著一個重要問題。先進工藝高昂的研發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，聯電有三條非常值得借鑒的良策：其一，半導體企業不要急于追求先進工藝的開發，對于眼下已掌握的技術要做到穩扎穩打，精益求精。其二，半導體企業應當擁抱成熟、特色工藝市場，采取“兩條腿走路”戰略，在需求更廣闊的成熟、特色工藝市場取得突破。其三，半導體企業應當結合自身狀況，借鑒先進的管理經驗。畢竟，只有少數企業才有可能參與先進工藝的競逐，更多的晶圓制造工企業還是要面向更加廣闊的成熟與特色工藝市場。