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半导体

台积电:立足自身特质 探求共赢之路

尽管欧洲主权债务危机给全球经济的复苏蒙上一层阴影,但半导体业界对于中国市场前景仍持乐观态度。5月下旬,台积电举办的“2010TSMC北京技术论坛”就吸引了众多合作伙伴的参与。对中国大陆的半导体产业而言,台积电既是一个可爱的合作伙伴,也是一个可畏的竞争对手。在记者看来,台积电的成就,源自其选定道路之后的坚持不懈,在竞争中把积累的局部优势最终转化为胜势。对大陆企业而言,台积电的成功之道或许无法复制,但其决策的思路却值得借鉴。


构筑共赢平台


选择晶圆代工的模式是台积电事业的起点。对半导体产业缺乏足够了解的人恐怕还难以分清台积电的晶圆代工和盛行于华南的某些劳动密集型的电子代工企业究竟有什么不同。应该说,晶圆代工(又称“Foundry”)模式是IC产业发展到一定阶段之后的必然产物,当集成电路生产线投资越来越大、IC产品越来越呈现细分化趋势的时候,一家企业如果要囊括从设计、制造、封装到整机系统等各环节,其运营难度就越来越大。在上世纪80年代中期,“人民群众日益增长的对集成电路产品的需求和落后的生产能力之间的矛盾”成了全球半导体产业面临的主要矛盾。台积电选择从事专业的晶圆制造,把IC产业链中投资门槛最高、运营难度最大、对生产环境(包括厂房洁净度、防静电、防微振措施等)要求最为苛刻的制造环节剥离出来,不仅创造了一家专注于工艺技术提升和产能扩充的制造企业,而且催生了一大批Fabless(无晶圆厂IC设计公司),在除CPU和存储器之外的领域,全球半导体产业的生态系统发生了革命性的变化。


由于晶圆代工企业从资本角度改变了IC产业的游戏规则,因此,台积电发展壮大的过程也不妨被视为与产业上下游寻求合作共赢的过程。IC设计企业、IP供应商、EDA工具供应商、封测企业、设备供应商都是晶圆代工企业的合作伙伴,而一些传统的IDM企业也越来越多地选择把IC制造外包。对台积电而言,其业务已经由单纯的晶圆代工转变为打造一个以晶圆制造为核心的服务平台。台积电不仅针对每一代新工艺都会向客户提供参考设计流程,而且还会向客户提供工艺验证规格,即便在晶圆代工企业较少涉足的汽车电子领域台积电也倾注了心力。据台积电车用电子专案处长郑国栋介绍,台积电是全球第一家能提供符合AEC-Q100要求的0.25微米嵌入式闪存工艺的晶圆代工企业;今年5月,台积电又发布了0.18微米车用嵌入式闪存硅知识产权,成为全球唯一能提供符合汽车电子AEC-Q100认证0.18及0.25微米车用嵌入式闪存硅知识产权给所有客户的专业IC制造服务企业。“涉足汽车电子领域,仅有先进的工艺和优质的产品还不行,还必须介入汽车产业链。”郑国栋说。随着业务领域的拓展,晶圆代工厂所面对的不仅仅是半导体业界的老伙伴,还不得不在其他行业结交新朋友。


开放创新平台(OIP)是台积电的另一个创举。“台积电推出开放创新平台,一个很重要的原因是IC设计与生产工艺的联系越来越紧密。”台积电设计建构行销处资深总监庄少特在接受记者采访时表示,“随着集成电路工艺的提升,无论是IC制造、IC设计还是EDA工具,各个环节的研发成本都越来越高。我们发现,事实上这些不同领域的企业在研发过程中存在一些重复劳动,我们推出开发创新平台最初目的就是在这些企业之间进行协调,减少这种重复劳动,从而降低半导体产业的研发成本。我们推出OIP的另一个出发点是要帮助那些初创的公司降低进入IC产业的门槛,让他们有机会发挥自己的创新能力。”


据了解,台积电的开放创新平台的全球化设计生态环境合作计划目前已拥有30家电子自动设计化伙伴、38家硅知识产权伙伴、23家Design Center Alliance(DCA)伙伴与9家Value Chain Aggregator(VCA)伙伴,每个伙伴均参与一个以上的开放创新平台合作计划。


做自己擅长的事


作为以专业制造集成电路晶圆起家的台积电,其长技自然是工艺的突破和产能的扩充。“大概在10年前,半导体业界在进入0.13微米节点时遇到相当大的困难。”台积电研究发展资深副总裁蒋尚义回忆道,“一些集成电路制造公司开始寻求从美国公司那里获得工艺技术的授权,但台积电坚持走自主研发的道路,攻克了0.13微米这个难关,在晶圆代工领域拉大了同主要竞争对手的距离。”


随着集成电路特征尺寸(Critical Dimension)不断缩小,建厂成本也节节攀升,据台积电业务开发资深副总裁魏哲家介绍,目前一条28纳米生产线的投资已高达50亿美元。“根根据IBS公司的调研,拥有0.13微米节点制造能力晶圆厂的企业,全球共有15家;拥有45纳米节点制造能力晶圆厂的企业,全球共有9家企业。”魏哲家说,“如果根据IBS顾问公司的预测,在22纳米技术世代的时候,将仅存三家公司有此世代技术的晶圆厂,包括台积电。如果继续推论,在14纳米、10纳米技术世代时,或许将只剩一家公司。而届时如果有任何一家公司的晶圆厂能到达此技术世代,台积公司必在其中。”


除了技术升级之外,产能的扩充也是台积电的看家本领。魏哲家表示,台积电的产能在2010年将超过1000万片(以等值8英寸晶圆计算),较2009年成长13%%,其中12英寸的部分更成长了35%%。


“做自己擅长的事”还要学会舍弃,上世纪90年代中叶,台积电也曾尝试投资从事DRAM业务的世界先进,而世界先进最终也因为难以承受DRAM市场的巨幅波动而决定转进晶圆代工行业。


决不盲目跟风


台积电不仅在运营模式上开创了独特的道路,在生产工艺的研发上也能坚持自己的选择。在2007年半导体业界有公司推出45纳米产品的时候就已经采用了HKMG(高介电金属栅)技术,但台积电在40纳米节点并没有马上跟进,而是在28纳米节点才根据客户需求有选择地采用HKMG。


台积电在28纳米节点转向Gate Last工艺也颇让业界吃惊。“Gate Last”不是走“后门”,而是一种先制作源/漏极,后制作栅极的工艺方法;此前,和绝大多数半导体厂家一样,台积电一直采用先制作栅极、后制作源/漏极的Gate First工艺,只有intel尝试了Gate First工艺。“和上世纪80年代初一样,我们今天面临的难题仍然是NMOS和PMOS两种构造在CMOS器件中共存的问题。”蒋尚义说,“Gate First工艺有一个先天的限制,就是同一个器件其栅极材料只能用一种。对于单纯的NMOS器件或PMOS器件来说这是没有问题的。但对CMOS工艺而言就无法兼顾两种构造,目前业界普遍的做法是在选择栅极材料的时候尽量迁就性能较强的NMOS器件,因此PMOS的性能就相对较差。”Gate Last工艺则可以分别针对NMOS和PMOS沉积不同的栅极材料。这样,就解决了栅极材料无法使NMOS和PMOS两种构造同时达到性能最佳化的问题。


针对下一代光刻技术路线,台积电也释放出与业界很多公司不一致的观点。蒋尚义预测,当前使用的193nm波长浸润式光刻设备将在15纳米或14纳米节点走到尽头,即便技术上还能满足需求,但在成本上已不具经济效益,下一代光刻技术的主要选项是EUV(极紫外)和E-Beam(电子束直写)。“目前,业界把绝大多数资源都集中在EUV,但是台积电仍在审慎评估这两种方案。”“从成本的角度来看,1台EUV设备目前的售价是1亿美元,而为给这台EUV配套,我们还需要事先在洁净室里安装一台价值180万美元的起重机。另外,从产能角度来看,EUV的单台产能要达到每小时100片晶圆才能具有生产效益;E-Beam的弱点也在于生产能力,但如果E-Beam能保证每小时加工10片晶圆,那么10台E-Beam的价格合计也会低于1台EUV。”蒋尚义说。



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