674
隨著新能源汽車、自動駕駛、家電等領(lǐng)域需求的快速增長，最為緊缺的28nm及以上成熟制程芯片的供應(yīng)似乎成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
當(dāng)前的半導(dǎo)體先進(jìn)制程已經(jīng)演進(jìn)到5nm量產(chǎn)階段，但這并不代表成熟工藝已經(jīng)過時，相反，28nm成熟工藝依舊備受市場青睞。
28nm，走紅過，被冷落過
28nm是成熟工藝中的重要節(jié)點(diǎn)，區(qū)分了先進(jìn)制程與成熟制程。
由臺積電于2011年率先推出，此后，三星、格芯、中芯國際等大廠也接連宣布突破了28nm。
2013年是28nm制程的普及年，2015—2016年間，28nm工藝開始大規(guī)模用于手機(jī)應(yīng)用處理器和基帶。
隨著技術(shù)的成熟，28nm工藝產(chǎn)品市場需求量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，并且這種高增長態(tài)勢持續(xù)到2017年。
到了2018年，全球28nm呈現(xiàn)產(chǎn)能過剩格局，臺積電、聯(lián)電等都面臨產(chǎn)能過剩的危機(jī)。同時，隨著先進(jìn)制程的不斷突破，28nm對于晶圓代工廠來說賺錢的價值也在下降。再加上未來市場供需存在不確定性，擴(kuò)充成熟制程可能造成產(chǎn)能過剩。
這幾年，臺積電等廠商幾乎都把重點(diǎn)投向了先進(jìn)制程。
成熟制程28nm靠疫情再次出頭
在疫情帶來的消費(fèi)電子以及新能源汽車、5G、AIoT 等新應(yīng)用的快速興起，讓多年不再擴(kuò)產(chǎn)的成熟制程迎來了爆發(fā)式的需求增長，供需嚴(yán)重失衡，持續(xù)沖擊著眾多的行業(yè)。
至此，臺積電再次扛起了28nm大旗，而聯(lián)電、格芯則憑借戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變的優(yōu)勢，在這個節(jié)點(diǎn)攻城拔寨，中芯國際也在鉆研多年后，迎來了28nm好時機(jī)。
28nm以上的成熟工藝芯片在則不同，這類芯片應(yīng)用范圍非常廣，包括電源管理器、功率器件以及汽車等多個領(lǐng)域。
毫不客氣的說，28nm以上的成熟工藝芯片在所有的芯片供應(yīng)中占比最高，也是需求量最大的芯片種類，在此次全球缺芯環(huán)境下，成熟工藝存在巨大的缺口。
伴隨著物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的加速，大量的IoT設(shè)備將帶動MCU以及射頻芯片的需求，而這些芯片大多都是采用成熟制程工藝，所以，28nm以上的成熟芯片的市場空間依舊很大。
根據(jù)IHS Markit預(yù)測，全球晶圓代工市場的規(guī)模將在2025年達(dá)到961億美元，其中28nm以上的成熟制程占比將達(dá)到48%。
28nm成熟制程需求旺盛的原因
從技術(shù)層面來看，28nm可以說是最具“高性價比”的制程技術(shù)。
IBS的數(shù)據(jù)顯示，28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工藝的成本為0.629億美元，到了7nm和5nm，芯片的成本迅速暴增，5nm將增至4.76億美元。
相關(guān)資料顯示，28/22nm采用高介電層/金屬閘極(HKMG)，是平面式技術(shù)世代中最高階的制程，價格比16/12nm 所采用的 FinFET 技術(shù)低廉，可提供客戶兼具效能與成本的最佳解決方案。
從終端產(chǎn)品應(yīng)用來看，較為成熟的28nm節(jié)點(diǎn)主要應(yīng)用包括中低端手機(jī)、平板、機(jī)頂盒、路由器等主芯片。
在智能駕駛、萬物聯(lián)網(wǎng)的趨勢下，需要更多的IC，但也不必用到7nm、5nm生產(chǎn)，用28nm制程即可滿足大部分的需求。
臺積電：大背景下迅速投資擴(kuò)產(chǎn)28nm
臺積電在官網(wǎng)發(fā)布公告，臺積電成立的子公司日本先進(jìn)半導(dǎo)體制造公司將在日本建廠，同樣，在日本建立的產(chǎn)線也是成熟工藝，為22nm和28nm產(chǎn)線，初期建廠投資為70億美元，計劃在2024年投入使用。
值得一提的是，此次臺積電在高雄建廠，將投入577億，預(yù)計高雄工廠的產(chǎn)能不會太小。
臺積電意識到28nm成熟工藝的重要性，所以，選擇調(diào)整業(yè)務(wù)方向，加大28nm成熟芯片產(chǎn)能的擴(kuò)充。
中芯國際：提前部署28nm將獲得更多芯片訂單
今年3月，中芯國際便已經(jīng)宣布擴(kuò)產(chǎn)12英寸28nm成熟工藝產(chǎn)能，將投入23.5億美元，預(yù)計明年便能投產(chǎn)使用。
其實(shí)，中芯國際已經(jīng)不止一次擴(kuò)產(chǎn)28nm產(chǎn)能，今年9月，中芯國際再次決定投資88.7億美元，在上海臨港自貿(mào)區(qū)再次建設(shè)一條月產(chǎn)能10萬片的28nm產(chǎn)線。
按照中芯國際的計劃，建立的28nm成熟工藝產(chǎn)線，部分產(chǎn)能到明年就能釋放。
此外，中芯國際率先建立28nm產(chǎn)線，也就意味著，在產(chǎn)能釋放方面比臺積電更快，如此一來，在全球缺芯愈演愈烈的背景下，中芯國際將從市場中獲得更多的芯片訂單。
美國攔路虎隨時角落局勢
光刻機(jī)是半導(dǎo)體設(shè)備中技術(shù)壁壘最高、難度最大、國產(chǎn)替代進(jìn)程較慢的設(shè)備。不過這一次中芯國際并不缺乏用于28nm產(chǎn)線的DUV光刻機(jī)。
盡管ASML DUV光刻機(jī)的光源及部分部件是在美國生產(chǎn)，然后運(yùn)往荷蘭組裝，但在荷蘭生產(chǎn)的光刻機(jī)并不需要美國批準(zhǔn)。
短期來看，中芯國際并不會缺少用于28nm產(chǎn)線的DUV光刻機(jī)。
光刻機(jī)暫時不是攔路虎，但其他設(shè)備的交付情況并不樂觀。應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體等設(shè)備巨頭在美國生產(chǎn)的半導(dǎo)體設(shè)備如果無法按期交付，可能會阻礙中芯國際28nm擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)度。
國產(chǎn)設(shè)備廠商技術(shù)水平基本已達(dá)28nm
北方華創(chuàng)的立式低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可用于28nm及以上的集成電路制造；其exiTin系列TiN金屬硬掩膜機(jī)臺可以用于12英寸55-28nm的Ti/TiN PVD工藝。
目前TiN金屬硬掩膜機(jī)臺已進(jìn)入國際供應(yīng)鏈體系并穩(wěn)定量產(chǎn)；此外，北方華創(chuàng)PEALD設(shè)備也能夠滿足28nm產(chǎn)線的要求。
拓荊科技的主要產(chǎn)品有等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）設(shè)備、原子層沉積（ALD）設(shè)備和次常壓化學(xué)氣相沉積（SACVD）設(shè)備三個系列，可用于28nm/14nm邏輯芯片產(chǎn)線。
目前，芯源公司的涂膠顯影設(shè)備最高可用于12英寸單晶圓處理，其前道KS-FT200/300涂膠顯影機(jī)可用于28nm及以上工藝節(jié)點(diǎn)。
整體來看，大部分國產(chǎn)設(shè)備廠商的產(chǎn)品已可以應(yīng)用于28nm制程產(chǎn)線中，甚至在部分領(lǐng)域達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平。
結(jié)尾
總體來看，28nm的大爆發(fā)，既得益于其自身技術(shù)和價格優(yōu)勢，更多的還在于市場需求的加持。隨著這些廠商的技術(shù)和設(shè)備逐漸成熟，28nm芯片的國產(chǎn)替代正越來越近，值得行業(yè)期待。
作者 | 方文
部分資料參考：
未來商界觀察：《中芯國際的選擇是對的！臺積電投570億建新廠，重回28nm賽道》
半導(dǎo)體行業(yè)觀察：《28nm競爭進(jìn)入新階段》
蘑菇談科技：《中芯花12億美元訂購光刻機(jī)，三次加碼28nm后，ASML終于傳來了消息》
愛集微APP：《28nm大爆發(fā)，大陸何時能徹底攻克這座“堡壘”？》
