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特殊制程份額來到新高度

一向在成熟制程鮮有更多布局的臺積電，2月份，臺積電決定擴大其在中國的28nm產(chǎn)能，最初計劃每月4,000片，后來擴大到每月100,000片，這是其成熟技術在過去7年中最大的一次擴張。臺積電總裁魏哲家也在4月法說會罕見指出，臺積電將擴產(chǎn)成熟制程，應付全球晶片缺貨問題。

關于28nm制程，業(yè)界周知，是張忠謀回營指揮上馬的的一個制程。臺積電也是28nm制程中市占率最高的公司，但28nm作為一個成熟工藝節(jié)點，這幾年的競爭也非常激烈，利潤和產(chǎn)能利用率也逐步降低。這個節(jié)點也是代工廠全球戰(zhàn)略的重點。

但值得注意的是，直到現(xiàn)在臺積電也基本從未關閉過晶圓廠，臺積電開創(chuàng)的無晶圓廠/代工業(yè)務模式，與“半導體業(yè)務模式”，以及現(xiàn)在所說的“集成設備制造商”或IDM相比，有幾個優(yōu)勢。在舊模式中，一家半導體公司擁有晶圓廠，整個思路就是讓晶圓廠完全填滿業(yè)務線。該公司需要的只是足夠的業(yè)務來填補它的晶圓廠，但這還不夠，而且超額的折舊是一個財務負擔。而且當一家晶圓廠離前沿太遠，可能就沒有足夠的業(yè)務可以在其中運行，而該晶圓廠就會關閉?；蛘撸谠S多公司同時擁有存儲和邏輯業(yè)務的日子里，他們會運行存儲，然后將fab轉換為邏輯，最后關閉它。

而臺積電不同，臺積電會為那些非前沿的制程尋找新的專業(yè)技術，尋找新的客戶，并維持晶圓廠的運轉。像CMOS圖像傳感器(CIS)、新型非易失性存儲器或MEMS等特殊的應用。隨著臺積電年營收規(guī)模將突破1.4億元、并邁向挑戰(zhàn)1.7億元關卡之際，成熟制程的轉型發(fā)展將扮演另一個長期營運動能。這就好像亨利·福特(Henry Ford)最初的T型車工廠還在運轉，但現(xiàn)在為航空航天工業(yè)生產(chǎn)渦輪葉片。

隨著半導體行業(yè)對成熟工藝節(jié)點的需求日益增長，用于物聯(lián)網(wǎng)和汽車應用的專業(yè)技術也越來越重要。最重要的是，臺積電今年的目標是將其專業(yè)技術占成熟工藝的份額提高到60%，首次超過50%，這是一個新的高度。三年前，專業(yè)技術僅占臺積電成熟工藝的45%。隨著臺積電今年同時擴大成熟節(jié)點的產(chǎn)能，預計特種技術產(chǎn)能，特別是從28nm到16nm的產(chǎn)能，也將增長12%。2021年Q2，成熟技術預計將占臺積電營收的一半。法人指出，臺積電成熟制程特殊應用占比也將提高，今年相關營收貢獻有望首度突破3,000億元。

據(jù)了解，臺積電今年的資本出將達250-280億美元，年增45-62%；其中80%將用于3納米、5納米及7納米等先進制程，10%用于先進封裝技術量產(chǎn)需求，10%用于特殊制程。據(jù)悉，臺積電竹科12廠與中科15廠都有對應優(yōu)化制程設計，南科廠方面，南科晶圓14廠第八期也規(guī)劃為特殊制程應用生產(chǎn)。

先前《日刊工業(yè)新聞》曾報導，日本政府經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的主導下，臺積電與SONY可能會在日本合資設廠，該工廠瞄準的也是特殊制程，將生產(chǎn)40納米至20納米的制程為主，主要用于汽車、家用電子與機械產(chǎn)業(yè)等類別。再者據(jù)《Digitimes》報導，臺積電在先進制程與成熟制程都卯足全力布局，甚至連近期歐盟不斷邀請臺積電赴歐設廠，傳出開始評估在德國設場的可能性，市場傳出是落在12/16奈米制程，主要客戶包括恩智浦、安森美與英飛凌等類比IC大廠。

臺積電特殊制程的進展

臺積電的專業(yè)技術組合包括MEMS、CMOS圖像傳感器、嵌入式NVM、RF、模擬、高壓和BCD-Power等。而這些技術大多采用的是成熟的工藝節(jié)點，包括28nm和16nm等。

在MEMS領域，臺積電于 2011 年推出了全球首個 Sensor SoC 工藝技術。該技術通過集成臺積電行業(yè)領先的互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 和晶圓堆疊技術來制造單片微機電系統(tǒng) (MEMS)。2018年，臺積電成功交付全球首款CMOS-MEMS（微機電系統(tǒng)）單片電容式氣壓計。2020年臺積電用MEMS技術協(xié)助客戶推出單晶片超音波掃描器，此一單晶片元件可協(xié)助客戶實現(xiàn)經(jīng)濟實惠的可攜式超音波掃描。同時，臺積電的模塊化MEMS技術在2020年獲得了大批量生產(chǎn)高分辨率加速度計和陀螺儀的資格。未來的計劃包括開發(fā)下一代高靈敏度薄麥克風，12英寸晶圓上的MEMS光學圖像穩(wěn)定(OIS)系統(tǒng)的整體解決方案，以及Bio MEMS應用。

在CMOS圖像傳感器技術領域，2002年臺積電協(xié)助客戶領先將0.8微米畫素的產(chǎn)品導入市場，并于九個月內再將制程推進到0.7微米畫素，并及時導入量產(chǎn)。在縮小畫素尺寸的同時，相同芯片大小的影像傳感器元件的分辨率可以提高30%。還采用0.13微米雙載子-互補式金氧半導體-擴散金屬氧化半導體技術及45納米堆疊式CIS（Stacked CIS）技術，為客戶產(chǎn)出單光子雪崩式二極管（Single Photon Avalanche Diode, SPAD）三維傳感器產(chǎn)品。此外，為了應對堆棧式CIS技術中，影像訊號處理器產(chǎn)品更高效能及更低功耗的需求，進一步推出22ULL制程技術，并加速12FFC制程技術的開發(fā)。同時，臺積公司也建立了28納米CIS制程技術研發(fā)試產(chǎn)線，協(xié)助客戶未來開發(fā)更先進的CIS元件。

在存儲領域，臺積電這幾年一直在新型存儲領域下功夫。在嵌入式非易失性存儲器(NVM)技術上，臺積電在2020年也實現(xiàn)了幾個重大的里程碑。在40nm節(jié)點上，該公司成功地批量生產(chǎn)了基于NOR的split-gate電池技術，以支持消費電子和眾多汽車電子應用。在28nm節(jié)點上，公司用于惠普移動計算和惠普低泄漏平臺的嵌入式flash開發(fā)保持了穩(wěn)定的高產(chǎn)量，獲得了消費電子級和汽車電子1級用途的技術資格，并計劃于2021年獲得汽車電子最高級0級的技術資格。2020年臺積電開始生產(chǎn)28nm電阻隨機存取存儲器(RRAM)，這是臺積電為價格敏感的物聯(lián)網(wǎng)市場所開發(fā)的低成本解決方案。

在嵌入式MRAM技術上，該公司獲得了成功量產(chǎn)22nm MRAM的技術資格，2020年已開始生產(chǎn)22nm磁隨機存取存儲器(MRAM)，用于下一代嵌入式內存MCU、汽車設備、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能應用。臺積電預計22nm節(jié)點的MRAM將在2021年獲得用于汽車電子應用的技術資格。在16nm節(jié)點上，產(chǎn)量穩(wěn)定提高，預計將在2021年獲得技術資格，為下一代微處理器嵌入式內存，以及許多汽車、物聯(lián)網(wǎng)和AI設備應用做準備。

另外，在2019年，臺積電開發(fā)了用于汽車電子和微控制器單元（MCU）的28nm嵌入式閃存技術。臺積電的嵌入式閃存技術范圍從 0.5 微米 (µm) 到28納米，并提供多種閃存 IP選項以滿足各種產(chǎn)品設計要求。2020年臺積電獲得了28nm eFlash汽車電子及微控制器(MCU)應用技術資格。

在混合信號/射頻 CMOS (MS/RF) 技術方面，臺積電占據(jù)了70%的市場份額。2018 年，臺積電利用其28納米射頻 (28HPC+射頻) 技術，交付了業(yè)界首個射頻工藝設計套件 (PDK)，以支持 5G 毫米波射頻和汽車雷達產(chǎn)品設計所需的110GHz毫米波和汽車級150°C的需要。此外，為了提高射頻開關性能，臺積電還開發(fā)了一種40nm特殊工藝，用于6Ghz以下應用的5G射頻有限元(前端模塊)設計。而為了適應更高的頻率，臺積電開發(fā)了一種28HPC+工藝，用于增強5G毫米波有限元設計中的功率放大器性能。在16nm專業(yè)技術方面，臺積電的16nm FinFET Compact Technology（16 FFC）領代工廠于2018年開始為客戶量產(chǎn)5G移動網(wǎng)絡芯片。該技術已擴展到下一代無線局域網(wǎng)（WLAN 802.11ax）和毫米波應用，以及無線連接應用。

在高壓（HV）領域，2020年，臺積電還開發(fā)了芯片疊片(WoW 28HPC/40HV)，產(chǎn)品收率穩(wěn)定，該技術可與28HPC+媲美，降低了60%的有功功率。此外，28HV單片技術完成了客戶IP驗證、鑒定和128Mb SRAM良率驗證。這些技術是4K分辨率小面板、OLED(有機發(fā)光二極管)和120Hz顯示驅動芯片的前沿技術。臺積電完成了OLED在硅上的產(chǎn)品認證，并以優(yōu)異的良率和照明均勻性轉向AR/VR應用的量產(chǎn)。2021年，臺積電計劃提供該技術的改進版本，并部署8V晶體管，以提高WoW堆疊效率，這將意味著在28HV上的OLED TDDI(觸控顯示驅動集成)應用的性能和成本降低。

臺積電是第一家采用300mm晶圓生產(chǎn)Bipolar-CMOS-DMOS（BCD）電源管理工藝的代工廠。2020年臺積電針對各種快速增長的移動電源管理IC的不同集成級別的應用擴展了90nm、55nm和22nm的12英寸雙極Bipolar-CMOS - DMOS (BCD)技術組合。90nm BCD技術覆蓋了從5V到35V的廣泛應用，并將在2021年繼續(xù)擴展。臺積電專門優(yōu)化了5V電源開關，它是用來處理由鋰離子電池驅動的不斷增長的電力需求。此外，其0.18微米第三代BCD制程技術于2020年完成AEC-Q100驗證。

今年6月2日，恩智浦宣布，NXP的S32G2車載網(wǎng)絡處理器和S32R294雷達處理器采用臺積電先進的16納米FinFET工藝技術量產(chǎn)。臺積電的16納米技術使恩智浦的汽車處理器首次能夠利用先進的 FinFET 晶體管的能力，結合改進的性能和嚴格的汽車工藝認證，提供安全的下一代計算能力。這標志著隨著汽車不斷演變?yōu)閺姶蟮挠嬎闫脚_，恩智浦 S32 系列處理器向越來越先進的工藝節(jié)點遷移。

此外，臺積電也在涉足氮化鎵(GaN)領域，2020年臺積電開始量產(chǎn)第一代650V和100V增強GaN高電子遷移率晶體管(E-HEMT)，該晶體管在2020年迅速達到滿負荷生產(chǎn)。其第二代650V和100V功率E-HEMT的FOM(性能)提高了50%，預計2011年投入生產(chǎn)。此外，100伏空乏型高電子移動率晶體管（D-HEMT）已完成元件開發(fā)，具備優(yōu)異的性能，且通過多家5G基地臺模塊設計公司的工程驗證，預計于2011年進入試產(chǎn)。

結語

如今，無論是先進制程還是成熟進程，臺積電兩手都在抓，兩手都硬。臺積電總裁魏哲家在今年一季度的電話會議上表示，產(chǎn)能短缺將至2022年，而成熟制程短缺情況將持續(xù)到2023年。從臺積電在特殊制程上的發(fā)展情況也可以看出，成熟制程的用處很大，范圍很廣。