半導體工業的關鍵——晶圓專題
半導體已經與我們的生活融為一體，我們日常生活的許多方面，包括手機、筆記本電腦、汽車、電視等，都離不開半導體。而制造半導體所需的多任務流程被分為幾個基本工藝，這些工藝的第一步就是晶圓制造。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202402/455682.htm晶圓可以說是半導體的基礎，因為半導體集成電路包含許多處理各種功能的電氣元件。而集成電路是通過在晶圓的基板上創建許多相同的電路來制造的。晶圓是從硅棒上切成薄片的圓盤，由硅或砷化鎵等元素制成。大多數晶圓是由從沙子中提取的硅制成。美國的硅谷始于半導體產業，最終成為全球軟件產業的中心。據報道，它的名字是半導體原材料“硅”和圣克拉拉谷的“山谷”的組合。全球晶圓制造產能分布或將這樣改變
在經過制造硅錠、切割錠及研磨和拋光晶圓表面后，再經過拋光液和拋光機來拋光晶圓表面。在進一步加工之前拋光晶圓稱為裸晶圓，表示尚未制造芯片。使用許多物理和化學工藝在裸晶圓上制造集成電路后，晶圓最終制作完畢。半導體晶圓由很多部分組成，晶圓、晶粒、分割線、平坦區及凹槽。
而制造晶圓只是第一步，除此之外還有制造晶圓的晶圓行業和在晶圓上設計和制造電路的制造(FAB)行業。并且還有封裝行業等進行后續操作。
而全球各大半導體廠商，無論是研發還是制造，都有自己的工藝技術及代工廠支撐。而背后這些環節均需要顯著的研發和資本投入。特別是制造環節，資本投入成為主導，占據了總成本的64%，主要依賴大量的資本投入來擴大產能，進而推動收入和利潤的增長。
早期，半導體行業主要采取集成器件制造（IDM）模式，即一家公司負責從芯片設計到制造、封裝測試的全部流程。
隨著行業的不斷發展和技術迭代的加速，這種模式面臨著越來越大的研發和資本壓力。因此，行業開始向無晶圓廠（Fabless）和晶圓代工（Foundry）模式轉型。
在這種新的分工模式下，Fabless企業專注于芯片設計，而Foundry企業則負責制造。這種轉型不僅降低了芯片設計的行業門檻，還通過專業化分工提高了生產效率。
在技術層面，隨著制程技術的不斷提升，晶圓代工的難度也在顯著增加。從光刻技術到封裝測試等各個環節都需要全面的技術創新。同時晶圓代工商業模式的興起顯著降低了芯片設計行業的資本門檻，推動了全球芯片設計的快速崛起。
當前半導體晶圓代工行業保持著強勁的發展勢頭。在全球需求逐步復蘇和庫存水平較低的背景下，2024年需求增長和新品補庫存有望為行業提供增量空間。此外，隨著先進制程不斷進步和市場的持續拓展，行業有望在未來創造更多的價值。
半導體晶圓代工行業具有資本密集、技術壁壘高、更新速度快和規模效應顯著等特點。這些特點決定了該行業的競爭格局高度集中，全球少數幾家企業占據了主導地位。
臺積電（TSMC）
臺積電目前總市值約5250.71億元，其總部位于中國臺灣地區。作為全球首創的專業集成電路制造服務商，其核心代工部門涵蓋制造、銷售、包裝、測試以及集成電路等半導體器件的計算機輔助設計和面具制作服務。此外，公司還涉足系統級芯片(SoC)的研究、開發與設計，以及固態照明設備和太陽能相關技術產品的研發、制造與銷售。
公司主營業務高度聚焦，幾乎全部收入和毛利均來源于晶圓制造，即晶圓代工業務。
臺積電在成熟制程晶圓代工市場中擁有最大份額，特別是在32/28nm制程技術方面，處于全球絕對領先地位。自2003年起，臺積電一直占據著50%的市場份額，穩固地維持著其在晶圓代工行業的龍頭地位。
目前，臺積電已覆蓋下游所有頭部玩家，并將主流芯片制程推進至3nm的先進水平。
作為產業龍頭，臺積電不僅擁有更高的定價權，還能夠憑借技術優勢鎖定高毛利率的先進制程訂單。臺積電2022年的毛利率高達59.56%，自2017年以來一直維持在50%左右的高水平。相比之下，其他廠商由于成熟制程領域的激烈競爭，毛利率被限制在50%水平線之下，顯著低于臺積電。
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目前臺積電正積極布局2nm先進制程產能以及先進封裝產能的擴張，以滿足不斷升級的市場需求和技術趨勢。
格芯（GlobalFoundries）
格芯目前總市值約為317.48億，其總部位于美國，成立于2008年。
格芯（Global Foundries）是一家具有深遠歷史和重要地位的半導體晶圓代工廠商。根據Trendforce的數據，按營收計算，2022年格芯是全球第三大晶圓代工廠。
格芯的起源可追溯到AMD的制造部門。2009年，AMD從集成設備制造商（IDM）模式轉型為無晶圓廠（Fabless）模式，將其制造部門出售給阿聯酋的阿布扎比先進技術投資公司（ATIC）。這一變革催生了格芯，盡管其作為純代工廠商的歷史并不長，但憑借AMD的技術積累和規?；A，格芯迅速嶄露頭角，并通過戰略收購不斷壯大自身實力。
2010年，格芯收購了新加坡的特許半導體晶圓廠，規模進一步擴大。從而在新加坡獲得了多座200mm和300mm晶圓廠，并拓展了約200個客戶。這次收購標志著格芯開始向更多客戶提供晶圓代工服務。
2015年，格芯進一步收購了IBM的技術開發部門和芯片制造部門，這一舉措顯著提升了公司在半導體技術研發和生產方面的能力。
直至2021年，格芯一直由阿拉伯聯合酋長國的主權財富基金穆巴達拉投資公司私人持有。
公司在全球范圍內擁有多個晶圓制造廠，包括新加坡的四家200mm晶圓制造廠、德國和新加坡各一家300mm晶圓制造廠以及美國的三家制造廠（包括佛蒙特州的一家200mm晶圓制造廠和紐約的兩家300mm晶圓制造廠）。這些制造廠為格羅方德提供了強大的產能支持，使其能夠滿足全球客戶的需求。
格芯主要關注更成熟的工藝技術，這使其在特定市場領域具有獨特競爭優勢。且與眾多知名半導體公司保持著緊密的合作關系，如AMD、Broadcom、高通和STMicroelectronics等。
展望未來，格芯將繼續致力于技術創新和產能擴張，以滿足全球市場對高性能、低功耗芯片的不斷增長需求。
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聯電（UMC）
聯電總市值約198.80億元，總部在中國臺灣，成立于1980年。
自1980年成立以來，一直是中國臺灣地區半導體產業的領跑者。其不僅是中國臺灣地區首家提供晶圓制造服務的公司，更是中國臺灣地區首家上市的半導體公司，于1985年上市。
聯電專注于半導體代工業務，廣泛提供互補式金屬氧化物半導體邏輯晶圓、混合信號晶圓、射頻互補金屬氧化物半導體晶圓、嵌入式存儲產品、高壓集成電路以及互補金屬氧化物半導體圖像傳感器等多樣化產品。
1995年，聯電與美國和加拿大的11家IC設計公司合作，共同成立了聯誠、聯瑞、聯嘉三家晶圓代工廠。
盡管聯電與臺積電在起步時間上相近，并曾一度展現出與臺積電相抗衡的實力，但隨著時間的推移，兩者之間的差距逐漸拉大。但當前聯電仍是全球半導體晶圓代工領域的重要參與者。
為了進一步提升產能和技術實力，聯電在2022年2月宣布將在新加坡原廠旁擴建新廠。該廠主要配備22/28nm工藝產線，總投資金額達50億美元。一期規劃產能為每月3萬片晶圓，預計于今年底投產。這一新廠的規劃產能約占聯電當前在新加坡總產能的24%，有望為公司的未來發展注入新的動力。
2022年，聯電營業收入達到91億美元。根據權威機構數據，2023年第二季度，聯電營收是全球第四大晶圓代工企業，占據全球晶圓代工市場6.6%的份額。
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中芯國際（SMIC）
其總市值為1370.00億，總部在中國，成立于2000年。中芯國際是全球領先的集成電路晶圓代工企業之一，同時也是中國大陸集成電路制造業的佼佼者。
中芯國際總部位于上海，并在全球范圍內建立了多個制造和服務基地。目前，公司在上海、北京、天津和深圳運營著三座8吋晶圓廠和三座12吋晶圓廠，同時在上海、北京和深圳還各有一座12吋晶圓廠正在建設中。此外，中芯國際在美國、歐洲、日本和中國臺灣等地設立了營銷辦事處，以更好地服務全球客戶，并在中國香港設有代表處。
中芯國際專注于多種技術節點和不同技術平臺的集成電路晶圓代工業務，同時提供設計服務、IP支持以及光掩模制造等配套服務。公司憑借其卓越的工藝制造能力、產能優勢以及完善的服務配套，為全球客戶提供從0.35微米到14納米不同技術節點的晶圓代工與技術服務。
在巨額資本投入的壓力下，聯電和格羅方德已退出先進制程競爭。聯電在2017年宣布將專注于成熟制程，而格羅方德也在2018年末決定暫緩7nm制程研發，轉而投資相對成熟的制程服務。
如今，先進制程領域的領跑者僅剩臺積電、三星和英特爾，而中芯國際作為持續投入的趕超者，也加入了這場競爭。
中芯國際正積極擴大產能，現有規劃在建的產能共計30萬片/月，均為12英寸28納米節點及以上技術節點。其中，深圳、北京、上海和天津等項目均已開展相關工作。
另外，中芯集成的子公司中芯先鋒還與紹興濱海新區管理委員會簽訂了協議，計劃在三期中試線項目的基礎上，在未來兩到三年內再投資222億元，將月產能擴大至10萬片。
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三星（Samsung）
三星總市值為2757.82億，總部位于韓國，成立于1969年。
三星電子是一家多元化的電子集團，生產和銷售各種產品，包括智能手機、半導體芯片、打印機、家用電器、醫療設備和電信網絡設備。其一半以上的利潤來自半導體業務，另有25％來自其手機業務，盡管這些百分比因每項業務的命運而異。
三星是世界上最大的智能手機和電視制造商，這有助于為其組件業務（例如存儲芯片和顯示器）提供基本需求，也是全球最大的智能手機和電視制造商。
三星電子自2005年涉足晶圓制造業務，建立了其首條晶圓生產線。隨后的技術躍進中，三星在2011年實現了HKMG技術的量產，2015年進一步推進至FinFET技術的量產，2016年更是成功實現了10nm技術的量產。
到了2017年，三星的代工業務獨立于公司的產品部門，開始自主運營，兩年后，在2019年，三星成功實現了7nmEUV技術的量產，標志著其在先進制程技術上的又一重要里程碑。
三星在先進制程技術上的發展藍圖已經鋪展至2027年。目前，三星已經開始著手3nm SF3E技術的生產，并計劃在2025年進一步推進至2nm技術，到2027年更是瞄準了1.4nm的制程技術。
與臺積電相比，三星在良率上的突破顯得相對緩慢。以4nm節點為例，臺積電的良率已經達到了80%，而三星的良率則徘徊在60-70%之間。即使在3nm節點上，雖然三星率先采用了GAA新技術，但在良率方面仍未能完全超越臺積電的FinFET技術。這意味著，在先進制程技術的競賽中，三星不僅需要繼續推進技術研發，還需要在良率提升方面下更多功夫，以確保其在市場上的競爭力。
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