中国台湾半导体集成电路制造工艺技术现状与发展趋势

中国台湾半导体集成电路制造工艺技术现状与发展趋势

姚佩佩

身份证号：3306821990****6228

摘要：半导体集成电路是台湾最有竞争力的产业，在经历了大半个世纪的发展之后，已经形成了一个以芯片代工厂为主，包括设计、制造、封装和测试的比较完备的产业链与支持环境，工业技术的来源日益多元化，技术水准也在不断提高。台湾区域半导体集成电路制造在未来的发展中，将继续以技术水平的提升为主，并在新一代先进工艺上取得新的突破。

关键词：半导体集成电路；制造现状；发展趋势

引言

以集成电路为中心的半导体产业，既是台湾最有竞争力的行业，又是海峡两岸经济贸易与工业合作的焦点。对台湾半导体集成电路制造状况与特征进行剖析，并对其未来走向进行预测，不但可加深对台湾半导体集成电路制造的了解，更可促进两岸产业的交流与发展。

一、发展概况

台湾半导体集成电路制造于60年代中叶开始有了发展，初期由外国公司控制的封装工业开始，逐步向工业的中上游发展，到80年代末期，已初步建立起一条由上游设计、中游生产、下游封装测试组成的完整的产业链。90年代中后期，半导体集成电路制造在台湾得到了迅速的发展。2014年，半导体集成电路制造的产值将达到2万亿元，年平均增长率为7.20%。2015-2019期间，台湾半导体集成电路制造的成长率显著下降，除了2016、2018年的成长率分别高于6%、8.18%、6.40%，其他三年的成长率都在3%以下。在2020年，由于新型冠状病毒的爆发，对通讯和电子等产品的强烈需求，导致了世界范围内对半导体的需求剧增。台湾是世界范围内最主要的半导体集成电路制造基地，其集成电路工业的产值增幅高达百分之二十点九，其产值突破了三万亿人民币。

台湾半导体集成电路制造在世界范围内已占有相当大的比重。近几年来，台湾半导体集成电路制造的收入在世界上都是位居第二，而芯片制造行业与集成电路封测产业更是稳居世界之首。联发科技股份有限公司是世界上最大的半导体集成电路设计企业，在2020年实现了109.29亿美金的营收；台湾积体电路制造股份有限公司（台积电）是半导体集成电路制造的领军企业，2020年营收达467.5亿美金，是世界上最大的集成电路制造厂商，其二代7纳米 EUV技术已经成功商业化，于2019年3月批量生产，5纳米技术也在2020年开始大规模生产。

二、发展特点

（一）以晶圆代工制造为主体和增长引擎

IC生产在 IC设计、制造及封装检测三个主要阶段，是台湾半导体集成电路制造中最主要的一环。据台湾半导体工业联合会公布的资料显示，台湾半导体集成电路制造在2014年的年产值，高达11731亿元，而芯片代工的年产值则高达9140亿元。在2020年度，半导体集成电路制造的产值增长到了18203亿元，而芯片代工的产值则达到了16297亿元，在集成电路生产中所占的份额达到了56.49%，达到了50.58%，芯片代工在集成电路生产中所占的份额也达到了很高的水平，成为了台湾集成电路生产中最重要的一环[1]。

从2014年至2020年，半导体集成电路制造业、封装业、测试业及 IC产业整体产值的年均增速分别为6.75%、7.60%、3.01%、3.70%和6.54%，晶圆代工制造的产值年均增速为10.12%，居行业领跑地位。

（二）产业技术来源日趋多元化

1971、1974年，美国无线电公司（RCA）、日本公司“冈谷”（Takai）相继进入台湾半导体产业。在此期间，台湾的半导体工业主要是以外国公司为主，所需要的技术也是外国公司引进的。自20世纪八十年代起，台湾便以工研公司的方式，大力推进半导体工业的发展，从而使工研电子研究所。工研院的电子所，也是半导体工业发展的重要后盾，目前台湾四十个晶片制程工厂中，有不少是由其下属的研究机构培养出来的。

1990年代中叶以来，随着台湾半导体产业的迅速发展，在市场势力的推动下，其技术水平也逐步提升。同时，政府部门也在推动半导体工业的发展，从晶圆制造领域，转向了技术更加先进的半导体集成电路制造领域，并在政策上不断地引导着半导体集成电路制造技术的升级。

整体而言，自60年代中叶至今，台湾半导体集成电路制造已经过了从无到有，从政府主导到公司主导，逐步建立起包括 IC设计者、计算机系统商、晶圆代工商、公立研究与研究机构、高校等在内的研究与开发网路，为工业的发展，提供了必需的技术支持。

（三）设备及材料高度依赖进口

台湾在半导体集成电路制造中，以半导体仪器及原料为主要的支柱行业，对此行业均有相当程度的依赖。在这些产品中，半导体生产原料的销售额为349亿美金，包装原料的销售额为204亿美金；在过去的11年里，台湾一直是世界上最大的半导体原料消费国，台湾在2020年实现了123.8亿美金的销售收入，在世界上占有22.39%的份额。但是，台湾的很多重要原料仍依赖于进口[2]。

至于半导体仪器，2020年，岛内半导体设备需求量（进口额+岛内生产额-出口额）为239.45亿美元，其中，由进口满足的需求比重高达93.9%。由于对原材料和设备的依赖程度很高，如果供应链出现问题，对半导体集成电路制造的影响将是巨大的。

（四）产品出口高度依赖大陆市场

大陆是台湾最大的芯片出口国，据台湾海关的统计，2020年台湾对大陆（包括香港）的芯片出口额为750.34亿美元，占整个芯片出口额的61.27%，而在2021年上半年，这个比例仍保持在60.38%。这一现象的根本原因是，海峡两岸的半导体工业已经建立起了密切的产业链协作，其中一种协作模式就是大陆 IC设计企业和台湾半导体集成电路制造生产企业之间的协作。

三、发展趋势

在集成电路设计方面，台湾半导体产业下一阶段将会致力于发展多核处理器、高集成度芯片、低功耗半导体通讯和毫米波雷达感测等先进半导体器件的设计。作为行业领导者的联发科，将继续巩固其在移动通信、智能设备等领域的市场份额，并在5 G、人工智能等新技术上取得更大的成功。

在集成电路生产环节，随着人工智能、5 G、物联网、虚拟现实、智能汽车、高性能计算等新产业和新技术的发展，将会产生对半导体生产技术的进一步的要求。台湾将会和世界各地的制造商一起，在新一代的先进工艺上进行合作，并且会支援领头羊台积电的发展[3]。

在半导体集成电路制造封装与测试方面，台湾市场不但要面对愈演愈烈的市场竞争，更要面对“硅片代工”一元化的运作方式，以及进入高端制程的一元化的新挑战。在将来，制程厂或将会寻找与上游制程厂进行纵向分工，并将会是制程厂的主要合作伙伴。

结语

整体而言，台湾半导体集成电路制造拥有相对完备的产业链与支持系统。再以全套的半导体产业链条，由上游支持产业、中游核心产业、下游应用产业三部分组成，台湾的优势集中于中游核心产业，而上游支持产业，例如仪器与原材料等，则严重依赖于进口，而下游应用产业，则以内地为主导。从海峡两岸产业合作的视角来看，目前两岸已有的合作，多为台湾地区制造、封装测试及大陆应用市场，但目前所面对的共性问题，均为处于支持行业的上游，而其核心装备及重要原材料等均十分依赖于进口，因此，其发展存在着很大的弱点。

鉴于海峡两岸集成电路产业所面对的共性问题，提出了一种协同对策，那就是扩大合作范围，提高合作层次，将合作范围向上游的支持行业拓展，将合作层次由产业链提升到创新链。至于合作的出发点，目前以 SiC、 GaN为主的第三代半导体材料，已成为大陆工业发展的新热点，亦是台湾近年大力开发的新兴产业，因此，在未来一段时间内，两岸业界可讨论以三代半导体材料的关键技术及产业化为主要目标，并将三代半导体材料的关键技术与商业应用相结合，构建一个更具活力、更具市场竞争与利润的、更具活力的半导体集成电路制造创新发展生态系统。

参考文献：

[1] 吕菲. 集成电路现状与发展趋势[J]. 电子工业专用设备,2019,48(4):37-41.

[2] 魏少军. 中国集成电路设计业的机遇和挑战[J]. 中国科学院院刊,2006,21(6):486-493.

[3] 刘俊,段方,张子杨. 半导体集成电路先进封装技术专利战略研究[J]. 中国集成电路,2021,30(11):82-89.