半導(dǎo)體工業(yè)的關(guān)鍵——晶圓專題
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半導(dǎo)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(jī)、筆記本電腦、汽車、電視等，都離不開(kāi)半導(dǎo)體。而制造半導(dǎo)體所需的多任務(wù)流程被分為幾個(gè)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://2s4d.com/article/202402/455682.htm晶圓可以說(shuō)是半導(dǎo)體的基礎(chǔ)，因?yàn)榘雽?dǎo)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(guò)在晶圓的基板上創(chuàng)建許多相同的電路來(lái)制造的。晶圓是從硅棒上切成薄片的圓盤(pán)，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(guó)的硅谷始于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，最終成為全球軟件產(chǎn)業(yè)的中心。據(jù)報(bào)道，它的名字是半導(dǎo)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(guò)制造硅錠、切割錠及研磨和拋光晶圓表面后，再經(jīng)過(guò)拋光液和拋光機(jī)來(lái)拋光晶圓表面。在進(jìn)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(xué)工藝在裸晶圓上制造集成電路后，晶圓最終制作完畢。半導(dǎo)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(shè)計(jì)和制造電路的制造(FAB)行業(yè)。并且還有封裝行業(yè)等進(jìn)行后續(xù)操作。
而全球各大半導(dǎo)體廠商，無(wú)論是研發(fā)還是制造，都有自己的工藝技術(shù)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(dǎo)，占據(jù)了總成本的64%，主要依賴大量的資本投入來(lái)擴(kuò)大產(chǎn)能，進(jìn)而推動(dòng)收入和利潤(rùn)的增長(zhǎng)。
早期，半導(dǎo)體行業(yè)主要采取集成器件制造（IDM）模式，即一家公司負(fù)責(zé)從芯片設(shè)計(jì)到制造、封裝測(cè)試的全部流程。
隨著行業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)迭代的加速，這種模式面臨著越來(lái)越大的研發(fā)和資本壓力。因此，行業(yè)開(kāi)始向無(wú)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(shè)計(jì)，而Foundry企業(yè)則負(fù)責(zé)制造。這種轉(zhuǎn)型不僅降低了芯片設(shè)計(jì)的行業(yè)門(mén)檻，還通過(guò)專業(yè)化分工提高了生產(chǎn)效率。
在技術(shù)層面，隨著制程技術(shù)的不斷提升，晶圓代工的難度也在顯著增加。從光刻技術(shù)到封裝測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)都需要全面的技術(shù)創(chuàng)新。同時(shí)晶圓代工商業(yè)模式的興起顯著降低了芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的資本門(mén)檻，推動(dòng)了全球芯片設(shè)計(jì)的快速崛起。
當(dāng)前半導(dǎo)體晶圓代工行業(yè)保持著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。在全球需求逐步復(fù)蘇和庫(kù)存水平較低的背景下，2024年需求增長(zhǎng)和新品補(bǔ)庫(kù)存有望為行業(yè)提供增量空間。此外，隨著先進(jìn)制程不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的持續(xù)拓展，行業(yè)有望在未來(lái)創(chuàng)造更多的價(jià)值。
半導(dǎo)體晶圓代工行業(yè)具有資本密集、技術(shù)壁壘高、更新速度快和規(guī)模效應(yīng)顯著等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了該行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局高度集中，全球少數(shù)幾家企業(yè)占據(jù)了主導(dǎo)地位。
臺(tái)積電（TSMC）
臺(tái)積電目前總市值約5250.71億元，其總部位于中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)。作為全球首創(chuàng)的專業(yè)集成電路制造服務(wù)商，其核心代工部門(mén)涵蓋制造、銷售、包裝、測(cè)試以及集成電路等半導(dǎo)體器件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和面具制作服務(wù)。此外，公司還涉足系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)的研究、開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，以及固態(tài)照明設(shè)備和太陽(yáng)能相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)、制造與銷售。
公司主營(yíng)業(yè)務(wù)高度聚焦，幾乎全部收入和毛利均來(lái)源于晶圓制造，即晶圓代工業(yè)務(wù)。
臺(tái)積電在成熟制程晶圓代工市場(chǎng)中擁有最大份額，特別是在32/28nm制程技術(shù)方面，處于全球絕對(duì)領(lǐng)先地位。自2003年起，臺(tái)積電一直占據(jù)著50%的市場(chǎng)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(tái)積電已覆蓋下游所有頭部玩家，并將主流芯片制程推進(jìn)至3nm的先進(jìn)水平。
作為產(chǎn)業(yè)龍頭，臺(tái)積電不僅擁有更高的定價(jià)權(quán)，還能夠憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)鎖定高毛利率的先進(jìn)制程訂單。臺(tái)積電2022年的毛利率高達(dá)59.56%，自2017年以來(lái)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(lǐng)域的激烈競(jìng)爭(zhēng)，毛利率被限制在50%水平線之下，顯著低于臺(tái)積電。
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目前臺(tái)積電正積極布局2nm先進(jìn)制程產(chǎn)能以及先進(jìn)封裝產(chǎn)能的擴(kuò)張，以滿足不斷升級(jí)的市場(chǎng)需求和技術(shù)趨勢(shì)。
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格芯（GlobalFoundries）
格芯目前總市值約為317.48億，其總部位于美國(guó)，成立于2008年。
格芯（Global Foundries）是一家具有深遠(yuǎn)歷史和重要地位的半導(dǎo)體晶圓代工廠商。根據(jù)Trendforce的數(shù)據(jù)，按營(yíng)收計(jì)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(mén)。2009年，AMD從集成設(shè)備制造商（IDM）模式轉(zhuǎn)型為無(wú)晶圓廠（Fabless）模式，將其制造部門(mén)出售給阿聯(lián)酋的阿布扎比先進(jìn)技術(shù)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(zhǎng)，但憑借AMD的技術(shù)積累和規(guī)?；A(chǔ)，格芯迅速嶄露頭角，并通過(guò)戰(zhàn)略收購(gòu)不斷壯大自身實(shí)力。
2010年，格芯收購(gòu)了新加坡的特許半導(dǎo)體晶圓廠，規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)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(gè)客戶。這次收購(gòu)標(biāo)志著格芯開(kāi)始向更多客戶提供晶圓代工服務(wù)。
2015年，格芯進(jìn)一步收購(gòu)了IBM的技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)和芯片制造部門(mén)，這一舉措顯著提升了公司在半導(dǎo)體技術(shù)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(zhǎng)國(guó)的主權(quán)財(cái)富基金穆巴達(dá)拉投資公司私人持有。
公司在全球范圍內(nèi)擁有多個(gè)晶圓制造廠，包括新加坡的四家200mm晶圓制造廠、德國(guó)和新加坡各一家300mm晶圓制造廠以及美國(guó)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(qiáng)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(guān)注更成熟的工藝技術(shù)，這使其在特定市場(chǎng)領(lǐng)域具有獨(dú)特競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。且與眾多知名半導(dǎo)體公司保持著緊密的合作關(guān)系，如AMD、Broadcom、高通和STMicroelectronics等。
展望未來(lái)，格芯將繼續(xù)致力于技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)能擴(kuò)張，以滿足全球市場(chǎng)對(duì)高性能、低功耗芯片的不斷增長(zhǎng)需求。
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聯(lián)電（UMC）
聯(lián)電總市值約198.80億元，總部在中國(guó)臺(tái)灣，成立于1980年。
自1980年成立以來(lái)，一直是中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)跑者。其不僅是中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)首家提供晶圓制造服務(wù)的公司，更是中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)首家上市的半導(dǎo)體公司，于1985年上市。
聯(lián)電專注于半導(dǎo)體代工業(yè)務(wù)，廣泛提供互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體邏輯晶圓、混合信號(hào)晶圓、射頻互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶圓、嵌入式存儲(chǔ)產(chǎn)品、高壓集成電路以及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器等多樣化產(chǎn)品。
1995年，聯(lián)電與美國(guó)和加拿大的11家IC設(shè)計(jì)公司合作，共同成立了聯(lián)誠(chéng)、聯(lián)瑞、聯(lián)嘉三家晶圓代工廠。
盡管聯(lián)電與臺(tái)積電在起步時(shí)間上相近，并曾一度展現(xiàn)出與臺(tái)積電相抗衡的實(shí)力，但隨著時(shí)間的推移，兩者之間的差距逐漸拉大。但當(dāng)前聯(lián)電仍是全球半導(dǎo)體晶圓代工領(lǐng)域的重要參與者。
為了進(jìn)一步提升產(chǎn)能和技術(shù)實(shí)力，聯(lián)電在2022年2月宣布將在新加坡原廠旁擴(kuò)建新廠。該廠主要配備22/28nm工藝產(chǎn)線，總投資金額達(dá)50億美元。一期規(guī)劃產(chǎn)能為每月3萬(wàn)片晶圓，預(yù)計(jì)于今年底投產(chǎn)。這一新廠的規(guī)劃產(chǎn)能約占聯(lián)電當(dāng)前在新加坡總產(chǎn)能的24%，有望為公司的未來(lái)發(fā)展注入新的動(dòng)力。
2022年，聯(lián)電營(yíng)業(yè)收入達(dá)到91億美元。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，2023年第二季度，聯(lián)電營(yíng)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(chǎng)6.6%的份額。
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中芯國(guó)際（SMIC）
其總市值為1370.00億，總部在中國(guó)，成立于2000年。中芯國(guó)際是全球領(lǐng)先的集成電路晶圓代工企業(yè)之一，同時(shí)也是中國(guó)大陸集成電路制造業(yè)的佼佼者。
中芯國(guó)際總部位于上海，并在全球范圍內(nèi)建立了多個(gè)制造和服務(wù)基地。目前，公司在上海、北京、天津和深圳運(yùn)營(yíng)著三座8吋晶圓廠和三座12吋晶圓廠，同時(shí)在上海、北京和深圳還各有一座12吋晶圓廠正在建設(shè)中。此外，中芯國(guó)際在美國(guó)、歐洲、日本和中國(guó)臺(tái)灣等地設(shè)立了營(yíng)銷辦事處，以更好地服務(wù)全球客戶，并在中國(guó)香港設(shè)有代表處。
中芯國(guó)際專注于多種技術(shù)節(jié)點(diǎn)和不同技術(shù)平臺(tái)的集成電路晶圓代工業(yè)務(wù)，同時(shí)提供設(shè)計(jì)服務(wù)、IP支持以及光掩模制造等配套服務(wù)。公司憑借其卓越的工藝制造能力、產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)以及完善的服務(wù)配套，為全球客戶提供從0.35微米到14納米不同技術(shù)節(jié)點(diǎn)的晶圓代工與技術(shù)服務(wù)。
在巨額資本投入的壓力下，聯(lián)電和格羅方德已退出先進(jìn)制程競(jìng)爭(zhēng)。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(duì)成熟的制程服務(wù)。
如今，先進(jìn)制程領(lǐng)域的領(lǐng)跑者僅剩臺(tái)積電、三星和英特爾，而中芯國(guó)際作為持續(xù)投入的趕超者，也加入了這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
中芯國(guó)際正積極擴(kuò)大產(chǎn)能，現(xiàn)有規(guī)劃在建的產(chǎn)能共計(jì)30萬(wàn)片/月，均為12英寸28納米節(jié)點(diǎn)及以上技術(shù)節(jié)點(diǎn)。其中，深圳、北京、上海和天津等項(xiàng)目均已開(kāi)展相關(guān)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(huì)簽訂了協(xié)議，計(jì)劃在三期中試線項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，在未來(lái)兩到三年內(nèi)再投資222億元，將月產(chǎn)能擴(kuò)大至10萬(wàn)片。
中芯國(guó)際披露2023年四季報(bào)：毛利率下降，營(yíng)收環(huán)比小幅增長(zhǎng)科技戰(zhàn)：中國(guó)最大芯片制造商中芯國(guó)際因美國(guó)制裁而急于囤積半導(dǎo)體工具，支出大幅增加
總投資573億元！中芯國(guó)際12英寸晶圓代工生產(chǎn)線新進(jìn)展國(guó)內(nèi)需求復(fù)蘇中芯國(guó)際40nm、28nm工藝已滿載：供應(yīng)鏈正在洗牌
三星（Samsung）
三星總市值為2757.82億，總部位于韓國(guó)，成立于1969年。
三星電子是一家多元化的電子集團(tuán)，生產(chǎn)和銷售各種產(chǎn)品，包括智能手機(jī)、半導(dǎo)體芯片、打印機(jī)、家用電器、醫(yī)療設(shè)備和電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。其一半以上的利潤(rùn)來(lái)自半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，另有25％來(lái)自其手機(jī)業(yè)務(wù)，盡管這些百分比因每項(xiàng)業(yè)務(wù)的命運(yùn)而異。
三星是世界上最大的智能手機(jī)和電視制造商，這有助于為其組件業(yè)務(wù)（例如存儲(chǔ)芯片和顯示器）提供基本需求，也是全球最大的智能手機(jī)和電視制造商。
三星電子自2005年涉足晶圓制造業(yè)務(wù)，建立了其首條晶圓生產(chǎn)線。隨后的技術(shù)躍進(jìn)中，三星在2011年實(shí)現(xiàn)了HKMG技術(shù)的量產(chǎn)，2015年進(jìn)一步推進(jìn)至FinFET技術(shù)的量產(chǎn)，2016年更是成功實(shí)現(xiàn)了10nm技術(shù)的量產(chǎn)。
到了2017年，三星的代工業(yè)務(wù)獨(dú)立于公司的產(chǎn)品部門(mén)，開(kāi)始自主運(yùn)營(yíng)，兩年后，在2019年，三星成功實(shí)現(xiàn)了7nmEUV技術(shù)的量產(chǎn)，標(biāo)志著其在先進(jìn)制程技術(shù)上的又一重要里程碑。
三星在先進(jìn)制程技術(shù)上的發(fā)展藍(lán)圖已經(jīng)鋪展至2027年。目前，三星已經(jīng)開(kāi)始著手3nm SF3E技術(shù)的生產(chǎn)，并計(jì)劃在2025年進(jìn)一步推進(jìn)至2nm技術(shù)，到2027年更是瞄準(zhǔn)了1.4nm的制程技術(shù)。
與臺(tái)積電相比，三星在良率上的突破顯得相對(duì)緩慢。以4nm節(jié)點(diǎn)為例，臺(tái)積電的良率已經(jīng)達(dá)到了80%，而三星的良率則徘徊在60-70%之間。即使在3nm節(jié)點(diǎn)上，雖然三星率先采用了GAA新技術(shù)，但在良率方面仍未能完全超越臺(tái)積電的FinFET技術(shù)。這意味著，在先進(jìn)制程技術(shù)的競(jìng)賽中，三星不僅需要繼續(xù)推進(jìn)技術(shù)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(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。
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評(píng)論