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奥博公司登入|六大芯片制造厂的制程工艺演进之路

mg老虎机 2020-01-11 17:27:50 热度:1242}

奥博公司登入|六大芯片制造厂的制程工艺演进之路

奥博公司登入,目前,半导体制造业发展如火如荼,尤其是以TSMC为代表的晶圆生产行业。随着对更先进工艺技术的不断追求,产业链中的相关企业受到了极大的关注,也带动了产业投资。

10纳米、7纳米、7纳米和5纳米,将于明年投入试生产等。先进的制造工艺已经到了现阶段,进入了一个缓慢发展的时期。与28纳米相比,28纳米被认为是先进制造工艺最经济和最先进的切入点,这些工艺的参与者更少,访客更多。因此,它们的演变值得思考。

从工艺节点演化的角度来看,28纳米及以上的相对成熟工艺仍具有较大的市场规模和较高的性价比,库存基本保持不变或略有下降。然而,由于28纳米的市场规模和更先进的工艺逐渐扩大,成熟工艺的市场份额将继续下降。总的来说,铸造市场仍然由成熟的制造工艺主导,先进制造工艺的比例不断增加。2018年,28纳米及更先进制造工艺的市场约占45%,预计到2021年将达到56%。

从芯片制造商的角度来看,目前只有6家拥有28纳米和更先进制造工艺的厂商,即TSMC、网格、UMC和SMIC,以及idm的三星和英特尔。

接下来,我们将梳理这六家大型芯片制造厂的流程演变。

TSMC

在晶圆代工领域,TSMC在工艺技术覆盖面、先进工艺领导力和收入水平方面处于行业领先地位。该公司在行业中一直名列前茅,市场份额接近60%。2017年,TSMC用258种工艺技术为465个客户生产了9920种芯片。就工厂而言,该公司有三个12英寸超大型晶圆厂,即晶圆厂12、晶圆厂14和晶圆厂15。此外,该公司还在中国大陆和台湾建设新工厂,以满足客户对更先进制造工艺的需求。

让我们来看看TSMC各种制造工艺的演变。

2003年,公司引进了当时业界领先的0.13μm低介电铜线逻辑工艺技术。也就是说,从那以后,TSMC一直遥遥领先于umc。

2004年,TSMC成为第一家通过浸没光刻生产90纳米芯片的制造商。

2005年,TSMC开始了65纳米产品的风险试生产。2008年,一种40纳米的工艺被用于为许多客户批量生产芯片。2011年,世界上第一个28纳米通用工艺技术问世。

由于TSMC是业界第一个实现28纳米大规模生产的公司,也是第一个长期占据28纳米市场份额的公司,高通小龙800采用了TSMC的28纳米hpm hkmg标准工艺,而高通msm8960和联发科技四核芯片mt6589t则采用了28纳米lp工艺。

2014年,TSMC成为世界上第一家使用其原始双模20纳米技术大规模生产芯片的公司。2015年,将开始大规模生产16纳米场效应晶体管。2017年,将开始大规模装运10纳米鳍片场效应晶体管工艺,并将开始7纳米鳍片场效应晶体管工艺的风险试生产,2018年将实现大规模生产。2019年,量产将从7纳米开始(EUV版为7纳米)。

2020年5纳米工艺的风险试生产。此外,该公司已经开始建造一个3纳米制程工厂,预计在2022年实现大规模生产。

在流程演进方面,TSMC有一个主要特点,即每一代流程的启动间隔逐渐延长。例如,它在45纳米和28纳米之间相隔9个季度,在28纳米和16纳米之间相隔11个季度,在16纳米和10纳米之间相隔12个季度。然而,从65纳米后所有先前新工艺的产能提升来看,大规模生产后新工艺的扩张和替换速度正在迅速加快。例如,将40纳米/45纳米工艺的产能比从0%提高到20%需要9个季度,28纳米工艺需要7个季度,16纳米工艺需要5个季度,10纳米工艺需要3个季度。

通过以上现象,我们可以看到:第一,高端大客户迫切需要性能更高、功耗更低的先进工艺产品;第二,它反映了TSMC的研发能力和生产经验在不断提高,控制新产能的产量和提升产能变得越来越方便。

照片:从2009年到2017年,TSMC先进制造工艺的迭代速度逐年增加。

TSMC的盈利能力非常强。下面是人们非常关心的与SMIC的简单比较。以TSMC和SMIC 2017年第四季度的收入结构和毛利率为例,TSMC来自先进制造工艺(28纳米及以下)的收入占总收入的63%,而SMIC的先进制造工艺仅占11%。该季度,TSMC的毛利率为50.5%,而SMIC的毛利率为19%。TSMC 2017年第四季度收入为94.37亿美元,晶圆出货量为607.28万片8英寸当量晶圆,合起来每片单价为1,554美元。同期,SMIC的收入为7.87亿美元,晶圆出货量为112.4万片8英寸当量晶圆,合起来单价为每片700美元。两种产品的平均价格相差一倍以上,毛利率相差近2.5倍。先进制造工艺的产品价值和利润率是显而易见的。

三星

三星于2005年成立晶圆代工业务部,并于2017年开始独立运营。独立的主要目的是加强其在全球晶圆代工市场的竞争力,并缩小与TSMC的差距。

让我们来看看三星晶圆代工业务在先进制造流程方面的演变。

2016年初,三星第二代14纳米finfet开始大规模生产。2016年10月,该公司第一代10纳米鳍状场效应晶体管lpe工艺大规模生产。2017年4月,第二代10纳米鳍片式场效应晶体管技术10磅通过认证。2017年10月,8lpp(一种8纳米finfet工艺技术)获得认证。2017年11月,第二代10纳米finfet技术大规模生产。2019年,7纳米工艺将大规模生产。

在过去两年里,三星和TSMC在10纳米的过程中一直激烈竞争。TSMC于2017年第二季度开始为苹果大规模生产10纳米a11处理器,并于2018年开始大规模生产7纳米制程。三星也开始铸造10纳米芯片,但使用浸入式光刻跳过了7纳米,直接使用euv光刻引入了7纳米。总的来说,TSMC在10纳米和7纳米工艺方面处于领先地位。

在工厂方面,三星从2005年开始进入12英寸晶圆代工领域。目前,三星有四条晶圆代工专用生产线,包括三条12英寸和一条8英寸生产线。12英寸晶圆代工生产线分布在韩国和美国。主要针对高端工艺,包括65纳米、45纳米、32纳米/28纳米hkmg和14纳米finfet工艺。客户包括苹果、高通、amd、xilinx、nvidia等。8英寸晶圆代工生产线将于2016年开放,覆盖从180纳米到65纳米的所有加工节点。处理技术包括嵌入式闪存(eflash)、功率器件、cmos图像传感器cis和高压处理的生产。

网格核心

全球铸造厂已经制定了两个工艺路线图:对于finfet,该公司有14lp(14纳米finfet技术)和12lpp;对于fd-soi,网格内核生产22fdx,当客户需要时可以生产12fdx芯片。

网格核心14lpp主要用于制造低功耗soc在计算、互联网、移动和服务器市场。28nm和fdx系列工艺主要用于低端处理器。22fdx-rfa技术主要用于射频领域。成熟工艺如180纳米和55纳米主要应用于模拟芯片和电源管理芯片。

联合力量

联电于2003年开始试生产90纳米芯片,并于2004年通过验证,实现大规模生产。2005年,该公司推出了65纳米芯片。第一个45纳米芯片生产于2006年。2008年,业界首款28纳米sram芯片问世。2009年,生产了40纳米芯片。2011年,28纳米芯片开始试生产,2014年开始大规模生产。2017年,14纳米芯片将大规模生产。

2013年,联店还成功开发了28纳米聚苯乙烯工艺技术,并通过客户产品验证逐步引入大规模生产。2014年,成功开发了28纳米hkmg工艺技术,并通过早期客户产品验证逐步引入大规模生产。2015年,成功开发了28纳米高性能紧凑型工艺技术,可降低漏电流和功耗。

核心国际

SMIC公司成立于2000年,2001年在上海建成了一个8英寸的工厂,并于2005年实现了90纳米的试生产。2009年批量生产65纳米;2011年,大规模生产了55纳米,并成功验证了40纳米。2012年,大规模生产了40纳米。2015年第二季度,大规模生产开始于28纳米。

SMIC在28纳米有3个工艺,即聚苯乙烯、hkmg和hkc。公司的28纳米技术现已成功进入多项目晶圆(mpw)和大规模生产阶段,并提出了三个发展阶段的概念:第一阶段多晶硅工艺已经大规模生产,第二阶段hkmg工艺已于2017年第二季度开始生产,第三阶段是hkc工艺,将于2018年大规模生产。

自28纳米大规模生产以来,SMIC在该工艺节点的开发中遇到了一系列困难。对此,该公司首席执行官赵海军曾表示:“我们对以28纳米的速度扩大产量持谨慎态度”。SMIC将于2018年投入大规模生产的主要新制造工艺是28纳米hkmg (SMIC称之为hkc)的第二阶段。然而,28纳米多晶硅和hkmg都是竞争对手的成熟工艺,价格压力基本相同。因此,从盈利能力的角度来看,28纳米hkmg的扩张带来的贡献有限。因此,公司暂时减缓了28纳米的艰难利润,并通过成熟的制造工艺暂时稳定了业绩,为2019年14纳米的大规模生产做了充分的准备。

就成熟工艺而言,55纳米/65纳米和0.15微米/0.18微米两大工艺平台被广泛使用,预计将对应公司的两大关键平台nor和pmic。此外,SMIC拥有中国大陆最大的8英寸晶圆产能。成熟工艺平台和定制应用的流行使其8英寸生产线的产能利用率保持在较高水平,进一步提升了公司的业绩。

目前,14纳米场效应晶体管的制造技术在SMIC是最重要的,因为从14纳米节点开始,集成电路中场效应晶体管的结构从二维变为三维。虽然目前先进制造工艺的划分仍然局限于28纳米,但从晶圆代工制造商的竞争格局来看,14纳米鳍式场效应晶体管技术是主流大小制造商之间的划分。因此,14纳米场效应晶体管技术的突破对SMIC具有里程碑意义。

英特尔

从1971年世界上第一个微处理器4004采用10μm工艺生产,到2019年10 μm处理器大规模生产,英特尔在过去50年的半导体工艺发展是历史上最多的。

在工艺技术方面,英特尔一直以严格的要求而闻名,这也是其在商业流程方面落后于TSMC和三星的原因。然而,由于英特尔不是专门从事晶圆代工的企业,其在该领域的产能和市场份额相对较低。这家工厂主要用于生产自己的处理器和存储芯片。

英特尔有大量晶圆厂。其70%的处理器和芯片组晶圆产自美国晶圆厂,包括亚利桑那州、俄勒冈州、新墨西哥州和马萨诸塞州,其中马萨诸塞州是英特尔唯一也是最后一个8英寸晶圆厂。该公司的14纳米工艺主要在亚利桑那州和俄勒冈州的d1x晶圆厂生产。美国以外的14纳米晶圆厂主要是爱尔兰晶圆厂24,目前仍在升级14纳米制程。

该公司在中国大连和成都也有两个晶圆厂,但制造工艺主要是90纳米和65纳米。

在发展晶圆代工业务时,英特尔可能会引入战略投资者。未来,对7纳米、5纳米、3纳米等技术的投资将越来越大,战略投资者的引入将有助于分担风险。

*免责声明:这篇文章最初是作者写的。这篇文章的内容是作者的个人观点。重印半导体行业观察只是为了传达不同的观点。这并不意味着半导体行业观察同意或支持这一观点。如果您有任何异议,请联系半导体行业观察。

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