隨著半導體制程向著更先進、更精細化方向發(fā)展，不同節(jié)點范圍和玩家的邊界越來越明顯。其中，最先進制程玩家只剩下臺積電、三星和英特爾這3家。而在成熟制程方面，也是在近些年才被業(yè)界特別提及的，早些年，特別是在14nm量產(chǎn)之前，先進制程與成熟制程之間的差別并沒有今天這么大，特別是在邏輯芯片生產(chǎn)領(lǐng)域，當下，專注于成熟制程的廠商特點愈加突出。

　　按照IC Insights的統(tǒng)計和預測，各種半導體制程的市占率正向著相對更加均衡的方向發(fā)展，如下圖所示。

　　在2019年，10nm以下先進制程的市占率僅為4.4%，而到2024年，其比例將增長到30％。在該時間段內(nèi)，10nm -20nm制程的市占率將從38.8%，下降到26.2%；20nm-40nm制程的市占率將從13.4%，下降到6.7%；不過，從該統(tǒng)計和預測來看，40nm以上成熟制程的比例在這些年當中沒有出現(xiàn)明顯變化。

　　總體來看，到2024年，10nm以下，10nm -20nm，以及40nm以上制程各占市場約三分之一。

　　這里特別關(guān)注成熟制程和10nm以下的先進制程，前者市場率一直都處于穩(wěn)定狀態(tài)，而后者市占率與日俱增，與前者的歷史發(fā)展形成鮮明對比。

　　愈加火爆的成熟制程

　　成熟制程在2020年非?；鸨a(chǎn)能嚴重短缺，這給各大晶圓代工廠帶來了巨大的商機。而從2021年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢來看，這種短缺狀況在近期內(nèi)還難以緩解。對此，Counterpoint Research認為，2021年，排名靠前的代工廠的成熟制程僅會分配給特定應用。舉例來說，即便8英寸晶圓需求強勁，聯(lián)電（UMC）宣布，2021年8英寸晶圓產(chǎn)能僅擴充1%-3%。占全球成熟制程產(chǎn)能約10%的中芯國際由于受到美國禁令制約，在產(chǎn)能擴充上也充滿不確定性。整體而言，這波產(chǎn)能短缺屬于結(jié)構(gòu)性問題，要等到2022年所有供應鏈都重建好庫存后才能緩解。

　　成熟制程主要用來制造中小容量的存儲芯片、模擬芯片、MCU、電源管理（ PMIC）、模數(shù)混合、傳感器、射頻芯片等。在應用層面，云計算、5G射頻器件需求的快速增長為成熟制程提供了強勁動力。

　　晶圓代工業(yè)正在向更加細分方向發(fā)展，不同于臺積電和三星追逐先進制程，UMC、格芯、 TowerJazz、世界先進、華虹宏力等更多關(guān)注于各自擅長的特色工藝，通過在已有成熟工藝方面的投入，提升產(chǎn)品性價比及競爭力。

　　從需求側(cè)來看，特色工藝的市場應用前景廣闊，具備吸納更多企業(yè)在各自特色領(lǐng)域內(nèi)做精做強的基礎。目前來看，MCU、模擬電路和分立器件這三大類芯片占整體市場的份額接近 50%，且其發(fā)展更加穩(wěn)健，為特色工藝應用提供了基礎。更加值得關(guān)注的是，與先進工藝相比，特色工藝在晶圓代工業(yè)務模式上滲透率相對較低，傳統(tǒng)邏輯器件方面，除了英特爾外，主要廠商基本采用“設計-代工-封測”的分工合作模式，而在模擬器件、MCU、分立器件領(lǐng)域，仍然以IDM自家生產(chǎn)為主。這使得成熟制程工藝代工業(yè)務的拓展有了更大的空間。

　　另外，特色工藝的供應商在盈利能力方面的波動性相對較小，一方面，需求端的穩(wěn)定性使廠商在經(jīng)營管理方面的可預期性更強，另一方面，由于制程的成熟度相對較高，在設備支出和研發(fā)投入規(guī)模方面，特色工藝廠商相對較小，使其在成本控制方面具備優(yōu)勢。

　　成熟制程工藝有哪些呢？具體來看，主要包括以下幾種。

　　驅(qū)動IC：隨著OLED面板滲透率上升，OLED廠商市占率提高，而傳統(tǒng)OLED DDIC以80nm及以上制程為主，其訂單量上升提高了更高制程節(jié)點的產(chǎn)能。

　　電源管理芯片：受益于5G推進，手機搭載的數(shù)量大幅增長，且快充芯片的使用量也逐步提升。此外，TWS耳機等新品的推出也拉動了電源管理芯片和NOR Flash需求。傳統(tǒng)PMIC制程節(jié)點為0.18μm /0.11μm，市場需求上漲為該成熟制程和相應的特色工藝需求提供了動力。

　　傳感器：手機攝像頭數(shù)量不斷提升，其中配套的低像素CIS帶動0.18μm等制程節(jié)點需求提升，普通高像素CIS也只需55nm制程節(jié)點，進一步拉動了成熟制程代工需求。指紋識別方面，手機領(lǐng)域的屏下光學、電容側(cè)邊、超聲波等逐步滲透到智能家居、金融、汽車等領(lǐng)域，該類產(chǎn)品多采用0.11μm/0.18μm制程，相應的成熟制程和特色工藝平臺越來越受歡迎。

　　目前，市場對成熟制程工藝需求迫切，各大晶圓代工廠也都很重視這塊業(yè)務，行業(yè)普遍看好其發(fā)展前景。

　　勇攀高峰的先進制程

　　從目前情況來看，10nm曇花一現(xiàn)，7nm已經(jīng)較為成熟，具有很大的量產(chǎn)規(guī)模，相對而言，5nm實現(xiàn)量產(chǎn)時間不長，且在爬坡階段，而3nm和2nm還未實現(xiàn)量產(chǎn)，這三種制程是最前沿的工藝了，由于都還沒有達到成熟階段，都需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方的共同努力，不斷在研發(fā)層面突破，才能在最終的芯片生產(chǎn)階段保證質(zhì)量和數(shù)量。正所謂兵馬未動，糧草先行，最先進工藝實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)前，裝備、材料等各項技術(shù)的完善和成熟是關(guān)鍵，也是重要保障。

　　下面以5nm和3nm（前者剛量產(chǎn)，后者將量產(chǎn)）為例，看一下最先進制程對產(chǎn)業(yè)的影響。

　　目前，只有臺積電和三星量產(chǎn)了5nm，其中又以臺積電為主，正處于產(chǎn)能爬坡階段，對相應的設備和材料等有更多的要求。

　　設備方面，不久前，中國中微公司董事長尹志堯表示，該公司開發(fā)的12英寸晶圓等離子刻蝕設備，已經(jīng)進入了客戶的5nm制程生產(chǎn)線。等離子體刻蝕機是芯片制造中的一種關(guān)鍵設備，用來在芯片上進行微觀雕刻，每個線條和深孔的加工精度都是頭發(fā)絲直徑的幾千分之一到上萬分之一，精度控制要求非常高。

　　在EUV光刻機方面，全球僅有ASML一家公司掌握著EUV光刻機的核心技術(shù)，這也是5nm制程必需的設備，但EUV光刻機的成本十分高昂，每臺售價高達1.2億美元，幾乎是DUV光刻機價格的2倍。

　　根據(jù)ASML公司發(fā)布的財報，2019全年共出貨了26臺EUV光刻機，2020年交付了30多臺EUV光刻機，2021年則會達到45-50臺的交付量。這其中很大一部分都供給了臺積電，用于擴充5nm，以及7nm產(chǎn)能。

　　5nm并不能單純依靠核心工藝的創(chuàng)新與EUV設備的加持。從材料角度來說，光刻膠等半導體材料的創(chuàng)新也是制程演進的關(guān)鍵所在。

　　2019年，日韓之間的半導體材料大戰(zhàn)爆發(fā)，韓國用于制造半導體和零部件設備的光刻膠、高純度氟化氫和含氟聚酰亞胺三大半導體材料，均遭到日本的出口限制，對韓國部分重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成了不小的影響。

　　光刻膠則是這三類半導體材料中的重中之重。

　　在芯片制造過程中，曝光、顯影和刻蝕等重要工藝步驟都與光刻膠有關(guān)，耗時占總工藝時長的40%至60%，成本也占整個芯片制造成本的35%。

　　有機光刻膠主要用于90nm到7nm的芯片制造，但隨著制程推進到5nm，將開始需要無機光刻膠。

　　目前來看，中高端光刻膠產(chǎn)品主要還是掌控在日本廠商手中，臺積電與日本合作伙伴保持著緊密的聯(lián)系。

　　掩模方面，家登是臺積電掩模傳送盒的獨家供貨商，隨著臺積電在7nm導入EUV，加上5nm量產(chǎn)，EUV掩模傳送盒出貨可望倍增，且導入EUV后，掩?？善毓獯螖?shù)為原先四分之一，帶動掩模傳送盒需求進一步提升。

　　3nm方面，為了如期量產(chǎn)，臺積電一直在加大投資力度，2021年全年投資預估達到了300億美元，預計超過150億美元會用于3nm制程。其中，很大一部分都要用于購買半導體設備，涉及的廠商主要有ASML、KLA、應用材料等，他們供應的光刻機、蝕刻機等都是制造3nm制程芯片的重要設備。

　　對于3nm這樣尖端地制程工藝來說，光刻機地重要性愈加突出，而能提供EUV設備的，只有ASML一家，因此，該公司對于臺積電和三星的重要性也愈加突出，雙方都在盡可能地從ASML那里多獲得一些最先進地EUV設備。

　　不久前，ASML CEO Peter Wennink在財報會上指出，5nm制程采用的EUV光罩層數(shù)將超過10層，3nm制程采用的EUV光罩層數(shù)會超過20層，隨著制程微縮EUV光罩層數(shù)會明顯增加，并取代深紫外光（DUV）多重曝光制程。

　　此外，臺積電在先進制程可以一直領(lǐng)先對手的關(guān)鍵就是封裝。封裝技術(shù)是臺積電拿下蘋果訂單的決勝武器。半導體產(chǎn)業(yè)面對物理極限挑戰(zhàn)，為了能在同一顆芯片里裝進更多晶體管，于是有了先進封測計劃。三星就是因為沒有這樣的技術(shù)，所以才與蘋果單失之交臂。

　　近些年，臺積電一直在布局先進封測廠。目前，該公司旗下有4座先進封測廠，分別是先進封測一廠、先進封測二廠、先進封測三廠和先進封測五廠，它們位于竹科、中科、南科、龍?zhí)兜鹊?，苗栗竹南封測基地將是其第五座先進封測廠。該廠預計投資3000億元新臺幣，位于竹南科學園區(qū)周邊特定區(qū)、大埔范圍。

　　目前來看，該公司7nm制程芯片封測工作已經(jīng)能夠自給自足了，5nm的也在不斷擴充之中。面向3nm的封測產(chǎn)線也在建設當中。

　　為了滿足5nm及更先進制程的需求，臺積電已建立了整合扇出型（InFO）及CoWoS等封測產(chǎn)能支持，完成了3D IC封裝技術(shù)研發(fā)，包括晶圓堆疊晶圓（WoW）及系統(tǒng)整合單芯片（SoIC）等技術(shù)，預計竹南廠將以3D IC封裝及測試產(chǎn)能為主，計劃今年量產(chǎn)。

　　結(jié)語

　　成熟制程與最先進制程，它們特點分明，前者顯得廣闊，后者則越來越高聳，而當下的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，為二者都提供了良好的發(fā)展空間，可以最大化地發(fā)揮各自的優(yōu)勢。