臺(tái)積電將統(tǒng)治全球的5nm產(chǎn)業(yè)鏈?

目前的5nm制造玩家，只有臺(tái)積電和三星這兩家了。而三星要到明年才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，就今年來看，臺(tái)積電將統(tǒng)治全球的5nm產(chǎn)業(yè)鏈。

在過去的一年里，臺(tái)積電的5nm研發(fā)節(jié)奏很快，該公司在2019年三月進(jìn)入了風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)階段，據(jù)說試產(chǎn)良率可以達(dá)到40%，而在今年的第二季度，就可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)。面對(duì)這一商機(jī)，全球5nm產(chǎn)業(yè)鏈上的相關(guān)廠商都繃緊了神經(jīng)，要么爭(zhēng)取分一杯羹，要么爭(zhēng)取產(chǎn)能。

因此，關(guān)注的焦點(diǎn)都聚集到了臺(tái)積電身上。據(jù)悉，該公司將今年資本支出提升到了150億～160億美元，除了用于擴(kuò)充7nm產(chǎn)能外，更重要的就是完成5nm量產(chǎn)及產(chǎn)能建置。按照計(jì)劃，臺(tái)積電將在第二季度進(jìn)入5nm量產(chǎn)階段，第三季度以最快速度提升產(chǎn)能，下半年5nm產(chǎn)能提升速度及幅度有望創(chuàng)下該公司產(chǎn)能新紀(jì)錄。

到了5nm階段，臺(tái)積電的投資額進(jìn)一步攀升，16nm制程下，1萬片產(chǎn)能投資約15億美元，7nm制程下，1萬片產(chǎn)能投資估計(jì)30億美元，而5nm制程1萬片產(chǎn)能投資估計(jì)達(dá)到了50億美元。

與7nm相比，高精尖的5nm對(duì)所涉及的供應(yīng)鏈要求更高，無論是上游的半導(dǎo)體制造設(shè)備商，還是與臺(tái)積電制造相關(guān)的原材料、零部件及服務(wù)商，或是芯片封測(cè)廠，以及相關(guān)的人才需求，都提出了更高的要求，同時(shí)也蘊(yùn)藏著可觀的商機(jī)。各路諸侯摩拳擦掌，都在圍繞臺(tái)積電展示著各自的實(shí)力。

設(shè)備

為了盡快實(shí)現(xiàn)5nm量產(chǎn)并提升產(chǎn)能和良率，在過去的一年里，臺(tái)積電一直在加快購買半導(dǎo)體制造設(shè)備，涉及的廠商主要有ASML、KLA、應(yīng)用材料、中微半導(dǎo)體等，他們供應(yīng)的光刻機(jī)、蝕刻機(jī)等都是制造芯片的重要設(shè)備。

2019年1-11月，臺(tái)積電的半導(dǎo)體制造設(shè)備采購金額達(dá)105億美元，同比增長了46%。今年，臺(tái)積電的設(shè)備采購量將集中在6-9月，這四個(gè)月內(nèi)采購額將占全年的2/3，主要就是用于擴(kuò)充5nm制程的產(chǎn)能。

據(jù)悉，全球排名前五的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商在臺(tái)積電采購中占比達(dá)75%，其中，ASML占比1/3，是第一大設(shè)備供應(yīng)商。據(jù)統(tǒng)計(jì)，去年臺(tái)積電設(shè)備采購中，ASML光刻機(jī)等設(shè)備金額約為34億美元，占臺(tái)積電總采購額的33%，其次是應(yīng)用材料，采購額約為17億美元，占比16%，TEL約12億美元，占11%，Lam Research為10億美元，占臺(tái)積電采購額的9%，迪恩士占5%，KLA占4%。

ASML

目前，全球僅有ASML一家公司掌握著EUV光刻機(jī)的核心技術(shù)，這也是5nm制程必需的設(shè)備，但EUV光刻機(jī)的成本十分高昂，每臺(tái)售價(jià)高達(dá)1.2億美元，幾乎是DUV光刻機(jī)價(jià)格的2倍。

根據(jù)ASML公司發(fā)布的財(cái)報(bào)，2019全年共出貨了26臺(tái)EUV光刻機(jī)，預(yù)計(jì)2020年將交付35臺(tái)EUV光刻機(jī)，2021年則會(huì)達(dá)到45-50臺(tái)的交付量。這其中很大一部分都供給了臺(tái)積電，用于擴(kuò)充5nm，以及7nm產(chǎn)能。

中微半導(dǎo)體

除光刻機(jī)之外，蝕刻機(jī)也是5nm制程工藝不可缺少的，目前，全球高端刻蝕機(jī)玩家僅剩下應(yīng)用材料、Lam Research、東京電子和中微半導(dǎo)體，而通過臺(tái)積電5nm工藝認(rèn)證的則更少。

在這個(gè)領(lǐng)域，中國大陸的中微半導(dǎo)體取得了可喜的進(jìn)步，其5nm蝕刻機(jī)已經(jīng)打入臺(tái)積電供應(yīng)鏈。

中微半導(dǎo)體主要生產(chǎn)蝕刻機(jī)、MOCVD等設(shè)備，它們與光刻機(jī)被稱為半導(dǎo)體制造三大關(guān)鍵設(shè)備，而中微的5nm等離子蝕刻機(jī)已經(jīng)具備了國際競(jìng)爭(zhēng)力。等離子刻蝕機(jī)是芯片制造中的關(guān)鍵設(shè)備，用來在芯片上進(jìn)行微觀雕刻，每個(gè)線條和深孔的加工精度都是頭發(fā)絲直徑的幾千分之一到上萬分之一，精度控制要求非常高。

先進(jìn)的蝕刻機(jī)售價(jià)也要數(shù)百萬美元，而且一條生產(chǎn)線要使用多臺(tái)蝕刻機(jī)，對(duì)于賣方來說，總價(jià)值很可觀。

制造

目前，有5nm芯片制造能力的只有臺(tái)積電一家，該公司也是產(chǎn)業(yè)鏈的核心。

根據(jù)臺(tái)積電的規(guī)劃，南科14廠和18廠分別專注于12nm和16nm制程技術(shù)，以及5nm和 3nm技術(shù)，而中科15廠則負(fù)責(zé)28nm和7nm制程技術(shù)。

臺(tái)積電的5nm晶圓廠從2018年開始啟動(dòng)，有5000多名工作人員日夜趕工，廠房建置完成后，于2019年初進(jìn)入設(shè)備安裝階段，并在去年第二季度進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)。據(jù)悉，5nm制程設(shè)備的搬入速度，幾乎是以“平均每1.5個(gè)小時(shí)搬入一臺(tái)”的進(jìn)度入廠，臺(tái)積電在全力推動(dòng)5 nm晶圓廠進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)。

C在掩模方面，5nm需要14-15層，而7nm+EUV只需要4 層。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，目前臺(tái)積電5nm的試產(chǎn)良率已經(jīng)達(dá)到80%，且月產(chǎn)能也從最初的5萬片晶圓增至8萬片。

制造所需原材料及服務(wù)

對(duì)于晶圓代工廠來說，要進(jìn)行5nm制程的芯片制造，除了工藝技術(shù)和設(shè)備之外，相應(yīng)的半導(dǎo)體材料、配件，以及各種服務(wù)工作也是不可或缺的，需要產(chǎn)業(yè)鏈上的合作伙伴共同參與完成。

5nm及更先進(jìn)制程的發(fā)展，并不能單純依靠核心工藝的創(chuàng)新與EUV設(shè)備的加持。從材料角度來說，光刻膠等半導(dǎo)體材料的創(chuàng)新也是制程演進(jìn)的關(guān)鍵所在。

去年，日韓之間的半導(dǎo)體材料大戰(zhàn)爆發(fā)，韓國用于制造半導(dǎo)體和零部件設(shè)備的光刻膠、高純度氟化氫和含氟聚酰亞胺三大半導(dǎo)體材料，均遭到日本的出口限制，對(duì)韓國部分重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成了不小的影響。

光刻膠則是這三類半導(dǎo)體材料中的重中之重。

在芯片制造過程中，曝光、顯影和刻蝕等重要工藝步驟都與光刻膠有關(guān)，耗時(shí)占總工藝時(shí)長的40%至60%，成本也占整個(gè)芯片制造成本的35%。

有機(jī)光刻膠主要用于90nm到7nm的芯片制造，但隨著制程推進(jìn)到5nm，將開始需要無機(jī)光刻膠。

目前來看，中高端光刻膠產(chǎn)品主要還是掌控在日本廠商手中，臺(tái)積電與日本合作伙伴保持著緊密的聯(lián)系。

對(duì)于中國大陸的半導(dǎo)體材料廠商來說，機(jī)會(huì)也越來越多，如安集微電子、江豐電子等都是臺(tái)積電的供應(yīng)商。2016-2018年，安集微電子來自臺(tái)積電的收入占比依次是10.7%、9.7%、8.1%，但安集微主要為臺(tái)積電成熟制程提供拋光液等產(chǎn)品。江豐電子的重要客戶中也包括臺(tái)積電，其鉭靶材及環(huán)件已在應(yīng)用于臺(tái)積電7nm芯片中。但要想打入其5nm制程供應(yīng)鏈，大陸半導(dǎo)體材料廠商還需要再努力。

掩模方面，家登是臺(tái)積電掩模傳送盒的獨(dú)家供貨商，隨著臺(tái)積電在7nm導(dǎo)入EUV，加上5nm量產(chǎn)，EUV掩模傳送盒出貨可望倍增，且導(dǎo)入EUV后，掩?？善毓獯螖?shù)為原先四分之一，帶動(dòng)掩模傳送盒需求進(jìn)一步提升。

除了家登之外，臺(tái)積電相關(guān)設(shè)備與周邊材料供貨商，還包括承包無塵室工程廠漢唐、帆宣，以及晶圓可靠性等分析的閎康、應(yīng)材備品代工廠京鼎、后段濕式制程設(shè)備弘塑、辛耘，和相關(guān)自動(dòng)化及接口設(shè)備的迅得、信纮科等。

在設(shè)備維護(hù)中，可運(yùn)用AI進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)。與此同時(shí)，臺(tái)積電也利用深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行自動(dòng)化影像識(shí)別，對(duì)缺陷進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確查詢，這方面，迅得獲得了7nm及5nm生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)訂單。

對(duì)于測(cè)試來說，任何晶圓有錯(cuò)誤就會(huì)直接報(bào)廢，同時(shí)也會(huì)按照小批量處理原則給客戶提供風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告。而針對(duì)可靠性測(cè)試，如果有任何die fail，旁邊4個(gè)臨近die也會(huì)fail，邊緣的die良率低的話也會(huì)fail。臺(tái)積電改善了抽測(cè)方式，以確保不會(huì)發(fā)生故障。

此外，精測(cè)是主要晶圓測(cè)試板及探針卡供貨商，宜特提供5nm相關(guān)材料及可靠性分析服務(wù)。

封測(cè)

臺(tái)積電對(duì)其先進(jìn)制程芯片的封測(cè)業(yè)務(wù)早有布局，7nm就已經(jīng)能夠自給自足了，在此基礎(chǔ)上，自家封測(cè)廠在很大程度上也能夠保證5nm的需求，且在不斷擴(kuò)充之中。

臺(tái)積電在竹科、中科、南科、龍?zhí)兜鹊囟荚O(shè)有先進(jìn)封測(cè)廠，苗栗竹南封測(cè)基地將是第五座先進(jìn)封測(cè)廠。該廠預(yù)計(jì)投資3000億元新臺(tái)幣，位于竹南科學(xué)園區(qū)周邊特定區(qū)、大埔范圍。

為了滿足5nm及更先進(jìn)制程的需求，臺(tái)積電已建立了整合扇出型（InFO）及CoWoS等封測(cè)產(chǎn)能支持，完成了3D IC封裝技術(shù)研發(fā)，包括晶圓堆疊晶圓（WoW）及系統(tǒng)整合單芯片（SoIC）等技術(shù)，業(yè)界預(yù)期竹南廠未來將以3D IC封裝及測(cè)試產(chǎn)能為主。預(yù)計(jì)明年量產(chǎn)。

人才

半導(dǎo)體制造主要依靠資金和人才，而這兩項(xiàng)臺(tái)積電都具有優(yōu)勢(shì)，且在不斷擴(kuò)充。

去年，全球首座5nm晶圓廠進(jìn)入量產(chǎn)測(cè)試階段的同時(shí)，負(fù)責(zé)這座5nm的Fab 18內(nèi)部人事方案也隨之確定，由近兩年剛升任晶圓廠營運(yùn)副總的王英郎統(tǒng)籌18廠的人事安排，他在臺(tái)積電內(nèi)部有最年輕的副總之稱。

其中，廠長由曾任臺(tái)積電中科15廠的廠長劉曉強(qiáng)擔(dān)任，而兩位副廠長則由之前曾任職南科 14廠的楊懷德和林俞谷出任。

今年2月，臺(tái)積電在網(wǎng)上公布了1500多個(gè)招聘職位，涵蓋半導(dǎo)體工程師、設(shè)備工程師、光學(xué)工程師及制程技術(shù)員等，主要就是為了全力沖刺5nm，以及明年更先進(jìn)制程。

對(duì)于此次的千人招聘計(jì)劃，臺(tái)積電給普通工程師開出的薪資為每月3.2萬元新臺(tái)幣，至于半導(dǎo)體工程師、設(shè)備工程師、光學(xué)工程師等，根據(jù)技術(shù)程度，開出的薪資從3.8萬至4.5萬元不等。

客戶

制程工藝越來越先進(jìn)，臺(tái)積電的5nm制程成本也水漲船高，開發(fā)一款芯片的費(fèi)用將達(dá)到5.4億美元，臺(tái)積電5nm全掩模流片費(fèi)用大概要3億人民幣，而且還不包含IP授權(quán)費(fèi)用。如此高的門檻，大部分公司都會(huì)選擇觀望。目前，也只有華為海思、蘋果這樣的大客戶燒得起錢，據(jù)悉，它們的麒麟1020、A14芯片會(huì)是5nm芯片的兩大客戶。蘋果可能將獨(dú)攬臺(tái)積電三分之二產(chǎn)能，今年6月底開始量產(chǎn)。

然而，即使費(fèi)用昂貴，臺(tái)積電5nm的產(chǎn)能似乎還是很緊張，據(jù)悉，來自蘋果和海思的5nm訂單正在迫使臺(tái)積電加大對(duì)于5nm晶圓工廠的投入，而2020年5nm訂單預(yù)計(jì)將貢獻(xiàn)臺(tái)積電約8％的營收。

除了蘋果和華為海思，高通一部分5G X60芯片也會(huì)由臺(tái)積電5nm代工生產(chǎn)。

另外，博通、聯(lián)發(fā)科、AMD等大客戶后續(xù)也將開始展開5nm芯片設(shè)計(jì)并導(dǎo)入量產(chǎn)，但今年恐怕拿不到產(chǎn)能了，得等到明年。

結(jié)語

從以上敘述可以看出，還未量產(chǎn)，臺(tái)積電的5nm產(chǎn)能很可能已經(jīng)被搶光了。

今年的5nm代工產(chǎn)能如此緊張，對(duì)于臺(tái)積電及其產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作伙伴來說，又將會(huì)是一個(gè)豐收年。
責(zé)任編輯：tzh