突破摩尔定律有道 晶圆代工产业成长中

图1：台积电仍稳坐晶圆代工龙头宝座。来源：台积电

半导体制程持续微缩，是否即将到达物理极限？晶圆代工产业是否面临成长瓶颈？难道已迈入成熟产业之列？对于许多关心半导体产业发展的人士而言，这些疑问可能三不五时就会在脑中浮现。

根据全球晶圆代工龙头台积电董事长张忠谋日前在该公司股东常会上所言，他认为以平面2D制程来说，离物理极限还有8？10年，而进入3D制程后更可以延续相当多年；且晶圆代工产业的成长率至少仍在5%以上，所以并非成熟产业。

事实上，根据市场研究机构IC Insights的报告研究，纯晶圆代工市场2016~2021年间的复合年平均成长率(CAGR)为7.6%，市场规模将由2016年的500亿美元，成长至2021年的721亿美元。预期晶圆代工在接下来4年的成长仍见稳健，产业将不致迈入成熟阶段。

除了说明晶圆代工并非成熟产业外，张忠谋并强调台积电的表现更胜于产业平均。以过去5年来看，受惠于智能手机市场的快速成长，台积电营收的每年复合成长率皆超过10%，未来数年则有信心能维持每年5？10%的成长。

市占近6成  台积电稳坐龙头宝座

耀眼的成长实绩维持着台积电的晶圆代工龙头地位于不坠，以IC Insights提供的2016年全球前十大纯晶圆代工业者排名来看，前四大厂商依序为台积电(TSMC)、GlobalFoundries、联电 (UMC) 与中芯国际 (SMIC)，这4家厂商就贡献了全球纯晶圆代工市场的85%；其中台积电的全球市占率更是高达59%，将近6成。至于GlobalFoundries、联电与中芯3家厂商的市占率总计为26%。

另有一值得注意的亮点，同样列名于全球前十大晶圆代工厂的X-Fab，其成长率竟高达54%，究其原因为该公司专攻类比、混合信号与高电压元件，且在2016年第3季收购同业Altis，一举挺进全球前十大晶圆代工厂。

争抢晶圆代工排名，令人侧目的还有三星宣布将于未来5年内提高晶圆代工业务的全球市占率两倍，至25%，力拼成为全球第二大厂商。这是一个很高的目标，三星电子的晶圆代工事业是在2017年5月才从半导体部门分拆出来，晶圆代工业务的全球市占率还不到8%。

根据韩国媒体BusinessKorea报导，三星华城厂的18号线原定2018年动工，现在为了积极抢夺市占率，因此决定提前至2017年11月动工。规划投资金额为54亿美元，预定2019年下半完工，生产存储器以外的半导体产品。三星18号线将装设数十台先进晶圆代工所需的极紫外光(EUV)微影机台，预计切入7纳米以下制程。

极紫外光加持  突破物理极限

争排名，抢市占，当然也拼技术，诚如台积电董事长张忠谋所言，台积电之所以能维持领导地位，表现优于产业平均水准，首先所凭藉的就是技术上保持领先。

台积电10纳米制程已于去年第4季量产，今年第1季开始出货，第2季10纳米制程比重约1%，第3季10纳米开始大量出货，今年10纳米比重将达10%。

凭着10纳米制程的大量产出，台积电独家拿下苹果A11处理器订单。在日前于美国举行的台积电年度技术论坛上，台积电预估今年 (2017)10纳米制程产量将达40万片12寸晶圆，2019年之后，10纳米及7纳米的晶圆产量合计将达到120万片，其中，10纳米晶圆2017年产能即可望超过16纳米。

再接再厉，台积电的7纳米也将于明年(2018)初开始量产。台积电7纳米的成功量产，进一步保证了该公司持续全数拿下苹果iPhone下时代A12处理器订单的可能性，甚至是明年问世的高通骁龙845芯片，也可能由台积电拿下订单，采用7纳米制程。另外，像是可程序逻辑闸阵列 (FPGA) 厂赛灵思 (Xilinx)、绘图芯片厂辉达 (NVIDIA) 及联发科等也预期将采用台积电7纳米制程。

特别值得一提的还有台积电7纳米强化版 (7 Plus) 将导入极紫外光 (EUV) 微影制程，预订于2019年下半年量产。5纳米生产基地则规划在南科，预定2019年上半年试产，2020年量产，且5纳米制程将有更大比例导入及紫外光。

极紫外光微影制程的重要性，在于其能协助晶圆代工业者在愈来愈微小的芯片上建构更复杂的集成电路。原有的半导体制程主流光源为氩氟雷射，波长为193纳米，无法解决更精密曝光显像需求，因此必须采用波长只有13.5纳米极紫外光，才能实现更小、更快速、更强大的芯片，且极紫外光可大幅降低晶圆制造的光罩数，缩短芯片制程流程，因此晶圆代工业者视极紫外光为维持领先竞争力的一大利器，并期望此技术的导入可以让摩尔定律再延伸至少10年。

8寸晶圆需求旺  厂商产能满载

晶圆代工业者不断追求先进制程技术，以持续维持己身的竞争力，且新厂一座座兴建，为的就是抢占市场。就全球晶圆代工产能分布来看，全球8成的晶圆产能集中在亚洲地区，其中又以台湾及大陆分居前二名，分别占全球产能50.2%及13.9%。

根据SEMI统计，2016？2018年两岸将扩建10座晶圆厂，其中5座主要以6寸及8寸晶圆为主，其他5座则以12寸晶圆为主。此外，在2017年？2020年间将投产的62座半导体晶圆厂中，其中就有26座设于大陆，占全球总数的42%。

针对新厂的建置，近来备受市场瞩目的趋势之一，就是8寸晶圆代工需求回来了，而这是拜物联网(IoT)及车用电子所赐。国际半导体协会(SEMI)分析指出，物联网及汽车电子相关应用所需的芯片非常适合利用8寸晶圆厂量产，因此因应此波需求高涨，许多拥有8寸晶圆厂的业者纷纷扩展现有厂房产能，甚至计划兴建全新8寸晶圆厂，以满足未来的市场需求。

SEMI估计8寸晶圆厂数量将从2016的188座增加至2021年的197座。至2020年时，全球8寸晶圆厂的月产能将达570万片，超越2007年创下的历史纪录。

以台湾晶圆代工业者的接单情况来看，台积电、联电第3季8寸晶圆代工产能已满载，世界先进第3季也是接单全满。这些订单主要来自LCD驱动IC、电源管理IC、消费性IC、微控制器(MCU)、指纹识别IC等，且来自物联网及车用电子相关芯片的订单大幅成长，占掉许多8寸晶圆产能。

此外，看好大陆对于8寸晶圆的需求，日本硅片厂FerroTec日前宣布将和全球第3大半导体硅片厂环球晶圆合作，于大陆展开8寸半导体硅片事业。在此8寸晶圆供给趋紧之际，双方将透过合资设立的销售公司，掌握快速成长的大陆半导体8寸晶圆需求。从种种迹象来看，8寸晶圆确定已摆脱金融海啸以来的低迷状况，再现荣景。