作為代工行業(yè)的龍頭老大，臺積電的5nm制程已經(jīng)投入量產(chǎn)，第6代3D晶體管平臺3nm技術(shù)在主要客戶完成IP設(shè)計(jì)并開始硅驗(yàn)證的同時，也在繼續(xù)全面開發(fā)。除了CMOS邏輯制程外，臺積電還開展了廣泛的其他半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)，為客戶提供移動SoC和其他應(yīng)用所需的功能。先進(jìn)節(jié)點(diǎn)車輪滾滾向前的同時，成熟制程也越來越顯現(xiàn)其重要性。尤其是應(yīng)用在特殊應(yīng)用（如車用、物聯(lián)網(wǎng)、指紋辨識、無線充電）的特殊制程，這些特殊制程大都采用的是16nm和28nm等成熟節(jié)點(diǎn)。稱霸先進(jìn)制程還不夠，臺積電正在沖成熟制程。

　　特殊制程份額來到新高度

　　一向在成熟制程鮮有更多布局的臺積電，2月份，臺積電決定擴(kuò)大其在中國的28nm產(chǎn)能，最初計(jì)劃每月4,000片，后來擴(kuò)大到每月100,000片，這是其成熟技術(shù)在過去7年中最大的一次擴(kuò)張。臺積電總裁魏哲家也在4月法說會罕見指出，臺積電將擴(kuò)產(chǎn)成熟制程，應(yīng)付全球晶片缺貨問題。

　　關(guān)于28nm制程，業(yè)界周知，是張忠謀回營指揮上馬的的一個制程。臺積電也是28nm制程中市占率最高的公司，但28nm作為一個成熟工藝節(jié)點(diǎn)，這幾年的競爭也非常激烈，利潤和產(chǎn)能利用率也逐步降低。這個節(jié)點(diǎn)也是代工廠全球戰(zhàn)略的重點(diǎn)。

　　但值得注意的是，直到現(xiàn)在臺積電也基本從未關(guān)閉過晶圓廠，臺積電開創(chuàng)的無晶圓廠/代工業(yè)務(wù)模式，與“半導(dǎo)體業(yè)務(wù)模式”，以及現(xiàn)在所說的“集成設(shè)備制造商”或IDM相比，有幾個優(yōu)勢。在舊模式中，一家半導(dǎo)體公司擁有晶圓廠，整個思路就是讓晶圓廠完全填滿業(yè)務(wù)線。該公司需要的只是足夠的業(yè)務(wù)來填補(bǔ)它的晶圓廠，但這還不夠，而且超額的折舊是一個財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)。而且當(dāng)一家晶圓廠離前沿太遠(yuǎn)，可能就沒有足夠的業(yè)務(wù)可以在其中運(yùn)行，而該晶圓廠就會關(guān)閉。或者，在許多公司同時擁有存儲和邏輯業(yè)務(wù)的日子里，他們會運(yùn)行存儲，然后將fab轉(zhuǎn)換為邏輯，最后關(guān)閉它。

　　而臺積電不同，臺積電會為那些非前沿的制程尋找新的專業(yè)技術(shù)，尋找新的客戶，并維持晶圓廠的運(yùn)轉(zhuǎn)。像CMOS圖像傳感器（CIS）、新型非易失性存儲器或MEMS等特殊的應(yīng)用。隨著臺積電年?duì)I收規(guī)模將突破1.4億元、并邁向挑戰(zhàn)1.7億元關(guān)卡之際，成熟制程的轉(zhuǎn)型發(fā)展將扮演另一個長期營運(yùn)動能。這就好像亨利·福特（Henry Ford）最初的T型車工廠還在運(yùn)轉(zhuǎn)，但現(xiàn)在為航空航天工業(yè)生產(chǎn)渦輪葉片。

　　隨著半導(dǎo)體行業(yè)對成熟工藝節(jié)點(diǎn)的需求日益增長，用于物聯(lián)網(wǎng)和汽車應(yīng)用的專業(yè)技術(shù)也越來越重要。最重要的是，臺積電今年的目標(biāo)是將其專業(yè)技術(shù)占成熟工藝的份額提高到60%，首次超過50%，這是一個新的高度。三年前，專業(yè)技術(shù)僅占臺積電成熟工藝的45%。隨著臺積電今年同時擴(kuò)大成熟節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)能，預(yù)計(jì)特種技術(shù)產(chǎn)能，特別是從28nm到16nm的產(chǎn)能，也將增長12%。2021年Q2，成熟技術(shù)預(yù)計(jì)將占臺積電營收的一半。法人指出，臺積電成熟制程特殊應(yīng)用占比也將提高，今年相關(guān)營收貢獻(xiàn)有望首度突破3,000億元。

　　據(jù)了解，臺積電今年的資本出將達(dá)250-280億美元，年增45-62%；其中80%將用于3納米、5納米及7納米等先進(jìn)制程，10%用于先進(jìn)封裝技術(shù)量產(chǎn)需求，10%用于特殊制程。據(jù)悉，臺積電竹科12廠與中科15廠都有對應(yīng)優(yōu)化制程設(shè)計(jì)，南科廠方面，南科晶圓14廠第八期也規(guī)劃為特殊制程應(yīng)用生產(chǎn)。

　　先前《日刊工業(yè)新聞》曾報導(dǎo)，日本政府經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的主導(dǎo)下，臺積電與SONY可能會在日本合資設(shè)廠，該工廠瞄準(zhǔn)的也是特殊制程，將生產(chǎn)40納米至20納米的制程為主，主要用于汽車、家用電子與機(jī)械產(chǎn)業(yè)等類別。再者據(jù)《Digitimes》報導(dǎo)，臺積電在先進(jìn)制程與成熟制程都卯足全力布局，甚至連近期歐盟不斷邀請臺積電赴歐設(shè)廠，傳出開始評估在德國設(shè)場的可能性，市場傳出是落在12/16奈米制程，主要客戶包括恩智浦、安森美與英飛凌等類比IC大廠。

　　臺積電特殊制程的進(jìn)展

　　臺積電的專業(yè)技術(shù)組合包括MEMS、CMOS圖像傳感器、嵌入式NVM、RF、模擬、高壓和BCD-Power等。而這些技術(shù)大多采用的是成熟的工藝節(jié)點(diǎn)，包括28nm和16nm等。

　　在MEMS領(lǐng)域，臺積電于 2011 年推出了全球首個 Sensor SoC 工藝技術(shù)。該技術(shù)通過集成臺積電行業(yè)領(lǐng)先的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 （CMOS） 和晶圓堆疊技術(shù)來制造單片微機(jī)電系統(tǒng) （MEMS）。2018年，臺積電成功交付全球首款CMOS-MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）單片電容式氣壓計(jì)。2020年臺積電用MEMS技術(shù)協(xié)助客戶推出單晶片超音波掃描器，此一單晶片元件可協(xié)助客戶實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的可攜式超音波掃描。同時，臺積電的模塊化MEMS技術(shù)在2020年獲得了大批量生產(chǎn)高分辨率加速度計(jì)和陀螺儀的資格。未來的計(jì)劃包括開發(fā)下一代高靈敏度薄麥克風(fēng)，12英寸晶圓上的MEMS光學(xué)圖像穩(wěn)定（OIS）系統(tǒng)的整體解決方案，以及Bio MEMS應(yīng)用。

　　在CMOS圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，2002年臺積電協(xié)助客戶領(lǐng)先將0.8微米畫素的產(chǎn)品導(dǎo)入市場，并于九個月內(nèi)再將制程推進(jìn)到0.7微米畫素，并及時導(dǎo)入量產(chǎn)。在縮小畫素尺寸的同時，相同芯片大小的影像傳感器元件的分辨率可以提高30%。還采用0.13微米雙載子-互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體-擴(kuò)散金屬氧化半導(dǎo)體技術(shù)及45納米堆疊式CIS（Stacked CIS）技術(shù)，為客戶產(chǎn)出單光子雪崩式二極管（Single Photon Avalanche Diode, SPAD）三維傳感器產(chǎn)品。此外，為了應(yīng)對堆棧式CIS技術(shù)中，影像訊號處理器產(chǎn)品更高效能及更低功耗的需求，進(jìn)一步推出22ULL制程技術(shù)，并加速12FFC制程技術(shù)的開發(fā)。同時，臺積公司也建立了28納米CIS制程技術(shù)研發(fā)試產(chǎn)線，協(xié)助客戶未來開發(fā)更先進(jìn)的CIS元件。

　　在存儲領(lǐng)域，臺積電這幾年一直在新型存儲領(lǐng)域下功夫。在嵌入式非易失性存儲器（NVM）技術(shù)上，臺積電在2020年也實(shí)現(xiàn)了幾個重大的里程碑。在40nm節(jié)點(diǎn)上，該公司成功地批量生產(chǎn)了基于NOR的split-gate電池技術(shù)，以支持消費(fèi)電子和眾多汽車電子應(yīng)用。在28nm節(jié)點(diǎn)上，公司用于惠普移動計(jì)算和惠普低泄漏平臺的嵌入式flash開發(fā)保持了穩(wěn)定的高產(chǎn)量，獲得了消費(fèi)電子級和汽車電子1級用途的技術(shù)資格，并計(jì)劃于2021年獲得汽車電子最高級0級的技術(shù)資格。2020年臺積電開始生產(chǎn)28nm電阻隨機(jī)存取存儲器（RRAM），這是臺積電為價格敏感的物聯(lián)網(wǎng)市場所開發(fā)的低成本解決方案。

　　在嵌入式MRAM技術(shù)上，該公司獲得了成功量產(chǎn)22nm MRAM的技術(shù)資格，2020年已開始生產(chǎn)22nm磁隨機(jī)存取存儲器（MRAM），用于下一代嵌入式內(nèi)存MCU、汽車設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能應(yīng)用。臺積電預(yù)計(jì)22nm節(jié)點(diǎn)的MRAM將在2021年獲得用于汽車電子應(yīng)用的技術(shù)資格。在16nm節(jié)點(diǎn)上，產(chǎn)量穩(wěn)定提高，預(yù)計(jì)將在2021年獲得技術(shù)資格，為下一代微處理器嵌入式內(nèi)存，以及許多汽車、物聯(lián)網(wǎng)和AI設(shè)備應(yīng)用做準(zhǔn)備。

　　另外，在2019年，臺積電開發(fā)了用于汽車電子和微控制器單元（MCU）的28nm嵌入式閃存技術(shù)。臺積電的嵌入式閃存技術(shù)范圍從 0.5 微米 （？m） 到28納米，并提供多種閃存 IP選項(xiàng)以滿足各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。2020年臺積電獲得了28nm eFlash汽車電子及微控制器（MCU）應(yīng)用技術(shù)資格。

　　在混合信號/射頻 CMOS （MS/RF） 技術(shù)方面，臺積電占據(jù)了70%的市場份額。2018 年，臺積電利用其28納米射頻 （28HPC+射頻） 技術(shù)，交付了業(yè)界首個射頻工藝設(shè)計(jì)套件 （PDK），以支持 5G 毫米波射頻和汽車?yán)走_(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的110GHz毫米波和汽車級150°C的需要。此外，為了提高射頻開關(guān)性能，臺積電還開發(fā)了一種40nm特殊工藝，用于6Ghz以下應(yīng)用的5G射頻有限元（前端模塊）設(shè)計(jì)。而為了適應(yīng)更高的頻率，臺積電開發(fā)了一種28HPC+工藝，用于增強(qiáng)5G毫米波有限元設(shè)計(jì)中的功率放大器性能。在16nm專業(yè)技術(shù)方面，臺積電的16nm FinFET Compact Technology（16 FFC）領(lǐng)代工廠于2018年開始為客戶量產(chǎn)5G移動網(wǎng)絡(luò)芯片。該技術(shù)已擴(kuò)展到下一代無線局域網(wǎng)（WLAN 802.11ax）和毫米波應(yīng)用，以及無線連接應(yīng)用。

　　在高壓（HV）領(lǐng)域，2020年，臺積電還開發(fā)了芯片疊片（WoW 28HPC/40HV），產(chǎn)品收率穩(wěn)定，該技術(shù)可與28HPC+媲美，降低了60%的有功功率。此外，28HV單片技術(shù)完成了客戶IP驗(yàn)證、鑒定和128Mb SRAM良率驗(yàn)證。這些技術(shù)是4K分辨率小面板、OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）和120Hz顯示驅(qū)動芯片的前沿技術(shù)。臺積電完成了OLED在硅上的產(chǎn)品認(rèn)證，并以優(yōu)異的良率和照明均勻性轉(zhuǎn)向AR/VR應(yīng)用的量產(chǎn)。2021年，臺積電計(jì)劃提供該技術(shù)的改進(jìn)版本，并部署8V晶體管，以提高WoW堆疊效率，這將意味著在28HV上的OLED TDDI（觸控顯示驅(qū)動集成）應(yīng)用的性能和成本降低。

　　臺積電是第一家采用300mm晶圓生產(chǎn)Bipolar-CMOS-DMOS（BCD）電源管理工藝的代工廠。2020年臺積電針對各種快速增長的移動電源管理IC的不同集成級別的應(yīng)用擴(kuò)展了90nm、55nm和22nm的12英寸雙極Bipolar-CMOS - DMOS （BCD）技術(shù)組合。90nm BCD技術(shù)覆蓋了從5V到35V的廣泛應(yīng)用，并將在2021年繼續(xù)擴(kuò)展。臺積電專門優(yōu)化了5V電源開關(guān)，它是用來處理由鋰離子電池驅(qū)動的不斷增長的電力需求。此外，其0.18微米第三代BCD制程技術(shù)于2020年完成AEC-Q100驗(yàn)證。

　　今年6月2日，恩智浦宣布，NXP的S32G2車載網(wǎng)絡(luò)處理器和S32R294雷達(dá)處理器采用臺積電先進(jìn)的16納米FinFET工藝技術(shù)量產(chǎn)。臺積電的16納米技術(shù)使恩智浦的汽車處理器首次能夠利用先進(jìn)的 FinFET 晶體管的能力，結(jié)合改進(jìn)的性能和嚴(yán)格的汽車工藝認(rèn)證，提供安全的下一代計(jì)算能力。這標(biāo)志著隨著汽車不斷演變?yōu)閺?qiáng)大的計(jì)算平臺，恩智浦 S32 系列處理器向越來越先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)遷移。

　　此外，臺積電也在涉足氮化鎵（GaN）領(lǐng)域，2020年臺積電開始量產(chǎn)第一代650V和100V增強(qiáng)GaN高電子遷移率晶體管（E-HEMT），該晶體管在2020年迅速達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)。其第二代650V和100V功率E-HEMT的FOM（性能）提高了50%，預(yù)計(jì)2021年投入生產(chǎn)。此外，100伏空乏型高電子移動率晶體管（D-HEMT）已完成元件開發(fā)，具備優(yōu)異的性能，且通過多家5G基地臺模塊設(shè)計(jì)公司的工程驗(yàn)證，預(yù)計(jì)于2021年進(jìn)入試產(chǎn)。

　　結(jié)語

　　如今，無論是先進(jìn)制程還是成熟進(jìn)程，臺積電兩手都在抓，兩手都硬。臺積電總裁魏哲家在今年一季度的電話會議上表示，產(chǎn)能短缺將至2022年，而成熟制程短缺情況將持續(xù)到2023年。從臺積電在特殊制程上的發(fā)展情況也可以看出，成熟制程的用處很大，范圍很廣。