突破摩爾定律有道 晶圓代工產業成長中

圖1：台積電仍穩坐晶圓代工龍頭寶座。來源：台積電

半導體製程持續微縮，是否即將到達物理極限？晶圓代工產業是否面臨成長瓶頸？難道已邁入成熟產業之列？對於許多關心半導體產業發展的人士而言，這些疑問可能三不五時就會在腦中浮現。

根據全球晶圓代工龍頭台積電董事長張忠謀日前在該公司股東常會上所言，他認為以平面2D製程來說，離物理極限還有8？10年，而進入3D製程後更可以延續相當多年；且晶圓代工產業的成長率至少仍在5%以上，所以並非成熟產業。

事實上，根據市場研究機構IC Insights的報告研究，純晶圓代工市場2016~2021年間的複合年平均成長率(CAGR)為7.6%，市場規模將由2016年的500億美元，成長至2021年的721億美元。預期晶圓代工在接下來4年的成長仍見穩健，產業將不致邁入成熟階段。

除了說明晶圓代工並非成熟產業外，張忠謀並強調台積電的表現更勝於產業平均。以過去5年來看，受惠於智慧型手機市場的快速成長，台積電營收的每年複合成長率皆超過10%，未來數年則有信心能維持每年5？10%的成長。

市佔近6成  台積電穩坐龍頭寶座

耀眼的成長實績維持著台積電的晶圓代工龍頭地位於不墜，以IC Insights提供的2016年全球前十大純晶圓代工業者排名來看，前四大廠商依序為台積電(TSMC)、GlobalFoundries、聯電 (UMC) 與中芯國際 (SMIC)，這4家廠商就貢獻了全球純晶圓代工市場的85%；其中台積電的全球市佔率更是高達59%，將近6成。至於GlobalFoundries、聯電與中芯3家廠商的市佔率總計為26%。

另有一值得注意的亮點，同樣列名於全球前十大晶圓代工廠的X-Fab，其成長率竟高達54%，究其原因為該公司專攻類比、混合訊號與高電壓元件，且在2016年第3季收購同業Altis，一舉挺進全球前十大晶圓代工廠。

爭搶晶圓代工排名，令人側目的還有三星宣布將於未來5年內提高晶圓代工業務的全球市佔率兩倍，至25%，力拚成為全球第二大廠商。這是一個很高的目標，三星電子的晶圓代工事業是在2017年5月才從半導體部門分拆出來，晶圓代工業務的全球市佔率還不到8%。

根據南韓媒體BusinessKorea報導，三星華城廠的18號線原定2018年動工，現在為了積極搶奪市佔率，因此決定提前至2017年11月動工。規劃投資金額為54億美元，預定2019年下半完工，生產記憶體以外的半導體產品。三星18號線將裝設數十台先進晶圓代工所需的極紫外光(EUV)微影機台，預計切入7奈米以下製程。

極紫外光加持  突破物理極限

爭排名，搶市佔，當然也拚技術，誠如台積電董事長張忠謀所言，台積電之所以能維持領導地位，表現優於產業平均水準，首先所憑藉的就是技術上保持領先。

台積電10奈米製程已於去年第4季量產，今年第1季開始出貨，第2季10奈米製程比重約1%，第3季10奈米開始大量出貨，今年10奈米比重將達10%。

憑著10奈米製程的大量產出，台積電獨家拿下蘋果A11處理器訂單。在日前於美國舉行的台積電年度技術論壇上，台積電預估今年 (2017)10奈米製程產量將達40萬片12吋晶圓，2019年之後，10奈米及7奈米的晶圓產量合計將達到120萬片，其中，10奈米晶圓2017年產能即可望超過16奈米。

再接再厲，台積電的7奈米也將於明年(2018)初開始量產。台積電7奈米的成功量產，進一步保證了該公司持續全數拿下蘋果iPhone下世代A12處理器訂單的可能性，甚至是明年問世的高通驍龍845晶片，也可能由台積電拿下訂單，採用7奈米製程。另外，像是可程式邏輯閘陣列 (FPGA) 廠賽靈思 (Xilinx)、繪圖晶片廠輝達 (NVIDIA) 及聯發科等也預期將採用台積電7奈米製程。

特別值得一提的還有台積電7奈米強化版 (7 Plus) 將導入極紫外光 (EUV) 微影製程，預訂於2019年下半年量產。5奈米生產基地則規畫在南科，預定2019年上半年試產，2020年量產，且5奈米製程將有更大比例導入及紫外光。

極紫外光微影製程的重要性，在於其能協助晶圓代工業者在愈來愈微小的晶片上建構更複雜的積體電路。原有的半導體製程主流光源為氬氟雷射，波長為193奈米，無法解決更精密曝光顯像需求，因此必須採用波長只有13.5奈米極紫外光，才能實現更小、更快速、更強大的晶片，且極紫外光可大幅降低晶圓製造的光罩數，縮短晶片製程流程，因此晶圓代工業者視極紫外光為維持領先競爭力的一大利器，並期望此技術的導入可以讓摩爾定律再延伸至少10年。

8吋晶圓需求旺  廠商產能滿載

晶圓代工業者不斷追求先進製程技術，以持續維持己身的競爭力，且新廠一座座興建，為的就是搶佔市場。就全球晶圓代工產能分布來看，全球8成的晶圓產能集中在亞洲地區，其中又以台灣及大陸分居前二名，分別佔全球產能50.2%及13.9%。

根據SEMI統計，2016？2018年兩岸將擴建10座晶圓廠，其中5座主要以6吋及8吋晶圓為主，其他5座則以12吋晶圓為主。此外，在2017年？2020年間將投產的62座半導體晶圓廠中，其中就有26座設於大陸，佔全球總數的42%。

針對新廠的建置，近來備受市場矚目的趨勢之一，就是8吋晶圓代工需求回來了，而這是拜物聯網(IoT)及車用電子所賜。國際半導體協會(SEMI)分析指出，物聯網及汽車電子相關應用所需的晶片非常適合利用8吋晶圓廠量產，因此因應此波需求高漲，許多擁有8吋晶圓廠的業者紛紛擴展現有廠房產能，甚至計畫興建全新8吋晶圓廠，以滿足未來的市場需求。

SEMI估計8吋晶圓廠數量將從2016的188座增加至2021年的197座。至2020年時，全球8吋晶圓廠的月產能將達570萬片，超越2007年創下的歷史紀錄。

以台灣晶圓代工業者的接單情況來看，台積電、聯電第3季8吋晶圓代工產能已滿載，世界先進第3季也是接單全滿。這些訂單主要來自LCD驅動IC、電源管理IC、消費性IC、微控制器(MCU)、指紋辨識IC等，且來自物聯網及車用電子相關晶片的訂單大幅成長，佔掉許多8吋晶圓產能。

此外，看好大陸對於8吋晶圓的需求，日本矽晶圓廠FerroTec日前宣布將和全球第3大半導體矽晶圓廠環球晶圓合作，於大陸展開8吋半導體矽晶圓事業。在此8吋晶圓供給趨緊之際，雙方將透過合資設立的銷售公司，掌握快速成長的大陸半導體8吋晶圓需求。從種種跡象來看，8吋晶圓確定已擺脫金融海嘯以來的低迷狀況，再現榮景。