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六大芯片制造厂的制程工艺演进之路

作者:admin 发布时间:2019-11-29 20:33:53 浏览次数:122
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当下,半导体制作业开展得如火如荼,特别是以台积电为代表的晶圆代工业,在对更先进制程工艺的不断寻求下,使得工业链上的相关企业备受重视,也拉动着工业出资。

10nm、7nm、7nm+,以及下一年就将试产的5nm等,先进制程开展到现在阶段,现已进入了缓慢开展期。这些制程与当年作为最具经济效益,且被看作是先进制程分界点的28nm比较,玩儿家越来越少,看客越来越多。因而,它们的演进进程值得回味。

从制程工艺节点演化视点来看,28nm及以上相对老练制程,凭仗高性价比仍然具有较大的商场规模,存量上根本坚持不变或细微下降,可是因为28nm及更先进制程的商场规模逐渐扩展,老练制程的商场占比会不断下降。总的来说,现在代工商场仍是首要以老练制程为主,先进制程占比不断提高。2018年,28nm及更先进制程商场占比45%左右,估计到2021年能够到达56%。

而从芯片制作厂商视点来看,现在,28nm及更先进制程的玩家也只要6家了,它们分别是纯晶圆代工厂台积电、格芯、联电和中芯世界,以及IDM大厂三星和英特六大芯片制造厂的制程工艺演进之路尔。

下面,咱们就针对这6家芯片制作大厂的制程工艺演进状况做一下整理。

台积电

在晶圆代工范畴,无论是制程技能掩盖规模、先进制程领导力,仍是营收水相等,台积电都是职业老迈。该公司排名一贯位列职业榜首,现在的市占率现已挨近60%。而在制程技能品种方面,2017年,台积电就以258种制程技能,为465个客户出产了9920种芯片。工厂方面,该公司具有三座12英寸超大晶圆厂,分别是晶圆12厂、晶圆14厂和晶圆15厂,此外,其在我国大陆和台湾地区还在新建工厂,以满意客户对更先进制程工艺的需求。

下面看一下台积电各种制程工艺的演进状况。

2003年,该公司推出了其时业界抢先的0.13m低介质铜导线逻辑制程技能,也便是从那时开端,台积电开端大幅抢先于联电(UMC)。

2004年,台积电成为榜首家选用浸没式光刻工艺出产90nm芯片的厂商。

2005年,台积电开端危险试产65nm产品;2008年,运用40nm制程工艺为多个客户大规模出产芯片;2011年,全球首家推出28nm通用工艺技能。

因为台积电在业界首先完成了28nm的量产,使其长时间强占28nm商场占有率的榜首名,高通骁龙800选用了台积电的28nm HPM HKMG规范制程,高通MSM8960和联发科四核芯片MT6589T芯片运用的则是28nm LP工艺。

2014年,台积电成为全球首家选用其首创的双模式20nm技能量产芯片的公司;2015年,开端量产16nm FinFET制程;2017年,开端大规模出货10nm FinFET制程,并开端危险试产7nm FinFET制程,并于2018年完成量产;2019年,开端量产7nm+(EUV版的7nm)。

2020年将危险试产5nm制程。此外,该公司现已开端建造3nm制程工艺晶圆厂,并有望于2022年完成量产。

在制程工艺演进方面,台积电有一大特色,那便是每一代制程的推出间隔时间逐渐拉长,例如:其45nm到28nm之间相隔9个季度,28nm到16nm之间相隔11个季度,16nm到 10nm之间相隔12个季度。可是,从65nm今后的每次新制程产能推动状况来看,新制程量产后的扩产和代替速度正在敏捷加速,例如:40nm/45nm制程的产能占比从0提升六大芯片制造厂的制程工艺演进之路到20%耗时9个季度,28nm耗时7个季度,16nm制程耗时5个季度,而10nm只耗时 3个季度。

经过以上这些现象能够看出:一、高端大客户关于更高功能、更低功耗的先进制程产品的需求火急;二、反映出台积电的研制才能和出产经历在不断增强,对新产能的良率操控和产能推动越来越称心如意。

图:台积电在2009~2017年间先进制程的迭代速度逐年加速

台积电的盈余才能很强,下面就以人们十分重视的中芯世界为目标,做一下简略的比照。以2017年第四季度的台积电和中芯世界的营收结构和毛利率为例,先进制程(28nm及以下)为台积电带来的营收占总营收比重为63%,而中芯世界的先进制程营收占比仅为11%,该季度台积电毛利率为50.5%,而中芯世界毛利率为19%。台积电2017年Q4营收为94.37亿美元,晶圆出货量为607.28万片8英寸约当晶圆,归纳单价为1554美元/片。中芯世界同期营收为7.87亿美元,晶圆出货量为112.48万片8英寸约当晶圆,归纳单价为 700美元/片。二者产品均价相差超越一倍,毛利率相差近2.5倍,先进制程具有的产品价值和赢利空间可见一斑。

三星

三星于2005年景立了晶圆代工事务部门,并于2017年开端将其独立出来运营,独立的首要意图便是为了加强在全球晶圆代工商场的竞赛力,以求拉近与台积电的间隔。

下面看一下三星晶圆代工事务在先进制程方面的演进状况。

2016年头,三星第二代14nm FinFET开端量产;2016年10月,该公司榜首代10nm FinFET LPE制程大批量出产;2017年4月,第二代10nm FinFET工艺技能10LP六大芯片制造厂的制程工艺演进之路P经过认证;2017年10月,8nm FinFET工艺技能8LPP经过认证;2017年11月,第二代10nm FinFET工艺技能量产;2019年,7nm+制程完成量产。

最近两年,三星与台积电在10nm制程工艺竞赛较为剧烈。台积电在2017年Q2开端为苹果量产10nm的A11处理器,并于2018年开端量产7nm制程,三星也开端进行10nm投片,但跳过了选用滋润式光刻技能的7nm,直接推出选用EUV光刻技能的7nm。整体而言,台积电在10nm和7nm制程上有抢先优势。

在工厂方面,三星从2005年开端进入12英寸晶圆代工范畴,现在,该公司的晶圆代工专属线有4条,包含3条12英寸和一条8英寸线。12英寸晶圆代工线散布在韩国和美国,首要针对高端工艺,包含65nm、45nm、32nm /28nm HKMG、14nm FinFET工艺,客户包含苹果、高通、AMD、XILINX、NVIDIA等。8英寸晶圆代工线于2016年敞开,从180nm到65nm制程节点都现已包含,工艺技能包含嵌入式闪存(eFlash)、功率器材、CMOS图画传感器CIS,以及高压制程的出产。

格芯

格芯(Global Foundries)拟定了两条工艺路线图:关于FinFET,该公司有14LPP(14nm FinFET技能)和12LPP;关于FD-SOI,格芯在产的是22FDX,当客户需求时,还能够出产12FDX芯片。

格芯14LPP首要用于制作核算、互联网、移动、服务器商场的低功耗SoC;28nm及FDX系列工艺首要用于中低端处理器;22FDX-RFA技能首要使用于射频范畴;180nm和55nm等老练工艺首要使用于模仿芯片,以及电源办理芯片等范畴。

联电

联电于2003年开端试产90nm芯片,并于2004年经过验证并完成量产;2005年,该公司推出了65nm芯片;2006年产出榜首片45nm芯片;2008年,推出业界榜首个代工的28nm制程SRAM芯片;2009年出产了40nm芯片;2011年,开端试产28nm芯片,并于2014年量产;2017年,量产1新神雕侠侣4nm芯片。

2013年,联电还成功开宣布了28nm的PolySiON制程技能,并经过客户产品验证逐渐导入量产。2014年,成功开宣布28nm的HKMG制程技能,并经过先期客户产品验证逐渐导入量产。2015年,成功开宣布28nm高效能精简型(HPC+)制程技能,可提供更低的漏电流,然后下降功耗。

中芯世界

2000年景立的中芯世界,于2001年在上海投产8英寸厂,并于2005年完成90nm试产;2009年完成65nm量产;2011年,55nm量产,且40nm验证成功,2012年,40nm量产;2015年Q2,开端量产28nm。

中芯世界的28nm有3种制程,分别是PolySiON,HKMG和HKC。该公司的28nm技能现已成功进入多项目晶圆(MPW)和量产阶段,并提出了开展三阶段概念:榜首阶段的PolySiON制程现已量产,第二阶段HKMG制程现已在2017年第2季开端产出,而第三阶段是HKC制程,在2018年量产。

自28nm量产今后,中芯世六大芯片制造厂的制程工艺演进之路界在该制程节点处的开展就遇到了一系列的困难。对此,该公司CEO赵水兵从前表明:“对28nm扩产持谨慎态度”。而中芯世界在2018年投入量产的首要新制程是第二阶段的28nm HKMG(中芯世界称之为HKC)。而28nm Poly/SiON和HKMG都现已是对手的老练制程,价格方面的压力根本适当,因而,28nm HKMG的扩产从盈余才能的视点来看,带来的奉献有限。因而,该公司暂时放缓了盈余困难的28nm,暂时经过老练制程安定成绩,为14nm在2019年的量产做好足够预备。

老练工艺方面,55nm/65nm和0.15m/0.18m两大制程渠道放量,估计对应该公司的NOR和PMIC两大要害渠道。此外,中芯世界具有我国大陆地区最大的8英寸晶圆产能,老练制程渠道和定制化使用的炽热程度使其8英寸线产能利用率坚持高位,对该公司成绩也有进一步拉动效果。

现在,14nm FinFET制程技能是中芯世界的重中之重,因为从14nm节点起,集成电路中的场效应管结构从2D转变为3D。尽管现在先进制程的区分仍然以28nm为界,但从晶圆代工厂商的竞赛格式来看,14n六大芯片制造厂的制程工艺演进之路m FinFET技能才是干流大厂与中小厂商的分野地点。因而,14nm FinFET技能的打破关于中芯世界来说有着里程碑含义。

英特尔

从1971年,选用10m制程工艺出产出全球首个微处理器4004,一贯到2019年完成10nm处理器量产,英特尔近50年的半导体制程工艺开展之路可谓史上之最。

在制程工艺技能方面,英特尔一贯以要求苛刻而出名,也正是因为如此,使其在商业化制程方面落在了台积电和三星的后边。可是,因为英特尔并不是专做晶圆代工的企业,其在该范畴的产能和商场占有率都比较低。工厂首要仍是用于出产自家的处理器和存储器芯片。

Intel旗下的晶圆厂十分多,该公司70%的处理器及芯片组晶圆都产自美国的晶圆厂,包含亚利桑那州、俄勒冈州、新墨西哥州、马萨诸州,其中马萨诸州是英特尔现在仅有、也是最终一座8英寸晶圆厂了。该公司的14nm制程工艺首要在美国亚利桑那州及俄勒冈的D1X晶圆厂出产。美国本乡以外的14nm晶圆厂首要是爱尔兰的Fab 24,还在晋级14nm工艺中。

该公司在我国大连、成都还有两座晶圆厂,不过,制程工艺仍是以90nm和65nm为主。

在开展晶圆代工事务方面,英特尔有可能会引进战略出资者。在未来的7nm及5nm、3nm等技能的出资越来越大,引进战略出资者有助于分管危险。

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