中國半導體成熟製程帶給台灣的衝撃──產業篇

半導體晶片在現在世界及經濟中佔據的份量越來越重要，跟石油一樣都是重要的戰略物資。 幾乎所有用電的物品及需要用電控制的物品，都要用到晶片。在很多的報導中，台積電因為其領先全世界的先進製程被比喻成「護國神山」，但台灣在成熟製程上的產能佔比也很可觀。比如說台灣生產出全世界約68%的晶片，其中包括了70%以上的汽車晶片，這個部份對全世界各種產業的影響非常可觀，如汽車業和家電業。要是台灣被中共侵略，除了台灣海峽有全球近50%的航運量會受戰爭波及外，台灣晶片供應斷鏈會令全世界經濟遭受到更重大的損失，這也顯示出成熟製程的產能也是台灣另一座「護國神山」。美國國務卿布林肯在最近的受訪中也講出了 「台灣有事就是全世界有事， 是全球經濟的災難」。

近十幾年來，中國也舉全國之力在發展半導體。除了中共中央發現中國每年購買晶片的外匯金額比石油多進而想自製晶片外，中共還想降低台灣在半導體製造這塊領域的重要性。中國在發展半導體的過程中，除了台灣晶圓廠在中國設廠外中國國產晶圓廠也有得到台灣廠商的幫助，但在沸沸揚揚的晉華案及美國發布各種禁令後，台灣各半導體廠商慢慢跟中國漸行漸遠。自從川普總統在第一任任期中開啟了美中貿易戰，美國及其半導體盟邦開始聯手限制其半導體發展，直至拜登總統還是維持著同樣的政策，可見限制中國半導體發展是美國政界的共識。到2024年為止美國禁止先進製程設備及晶片給中國客戶的部份包括16/14nm以下邏輯晶片的設備，DRAM在18nm及以下的設備以及NAND快閃記憶體128層以上的製程設備，皆須取得美國商務部核准才能出口到中國。但在過去3年來中國購買大量的半導體成熟製程設備，裝備在約60座的新晶圓廠。

從2024年開始，市場上盛傳中國晶圓廠將要開始開出成熟製程晶圓產能，並開始低價供貨到市場上並擠壓台灣晶圓廠的市場佔有率。台灣各半導體公司中除了台積電因在先進製程有持續進展及高獲利外，台灣其他擁有大量成熟製程產能的各半導體廠的公司，對中國新晶圓廠會不會開始在成熟市場低價傾銷無不膽戰心驚嚴陣以待。到底整個半導體成熟製程市場會如何演變？台灣業者是否會敗下陣來？筆者會從半導體產業結構開始，配合國際及台灣情勢來分析中國成熟製程廠商對台灣的威脅程度，及中國未來半導體發展的可能之路。

限制中國半導體發展是美國政界的共識。（維基百科）

在分析前我們先來了解一下半導體晶片製造的整個產業池。我們大概可以把這個產業分成IC設計，光罩製造，晶片製造，封裝測試，設備供應商及原物料供應商幾個部份。筆者就以這幾個領域來說明。

1. 在IC設計的部份: 中共從海外找進來IC設計人才，搭配上本土眾多且廉價人力的幫助下，讓中國的IC設計在過去十幾年有很大的成長。但在美中競爭下，台積電因為有超過30%美國科技的設備，所以因應美國的禁令停止幫中國客戶代工線寬在14nm以下的高階晶片。中國先進晶片，如AI晶，就算設計出來也無法生產。中國晶片設計業者，如華為，在成長期時就被美國封殺。但中國還是保有一定的晶片設計能量。

2. 在光罩製造的部份: 這是中國現在半導體產業的一個弱項，中國剛開始起步自製光罩，大部份的光罩還是由外商在中國設置的工廠製造。光罩是放在曝光機內，把圖像轉印成晶片圖形的重要中間產品。這個產業可以分成兩個大部份：

1) 把晶片設計轉成光罩圖形的EDA軟體。全球EDA領域由3家美國公司主導，這3巨頭佔中國EDA市場80%。2021年，中國將EDA界定為半導體業首要技術突破點，在中國政府大力補貼下，中國3大EDA公司：華大九天，概倫電子與廣立微電子取得一些進展， 根據中國Insight and Info數據顯示，2020年至2023年，它們在中國市場的市佔率從7%翻倍至14%。

2) 光罩製造。光罩製造設備中最重要的兩種機台，writer及 mask inspection tool則是由美國及日本廠商提供，其他製程設備也都掌握在美日德手中。
此外大部份的人大概都不知道，全世界最大的光罩製造商是台積電，內部稱之為EBO部門。中國在光罩製造這部份能力薄弱， 短期內似乎在慢慢投資， 但未見成效。但中國在低階EDA的部份則從被美國掐住脖子的掙扎中走出自己的路， 國產EDA在中國市場市佔率也由7%爬升到14%。

3. 在晶片製造的部份: 中國晶圓廠在近年來買了大量的成熟製程設備，過去三年每年花費的金額，都約佔前五大設備商全球每年40%的銷售量，但市場普遍認為中國有著嚴重超買(over buy)的現象。 筆者猜測over buyer原因來自於：

1)中國廠商怕美國政府更嚴厲封鎖中國半導體產業，所以多買2~3倍設備來當零附件機;

2)中國廠商在良率的部份還是比不上台灣廠商，所以要多買機台來補足其產能需求。

4. 在封裝測試部份: 因為技術門檻較低，封測這一塊也是中國較為成功的領域，但現在最先進的CoWoS 先進封裝技術還是由台積電所掌握。中國廠商則是想由像經由如中國的鋼鐵業，水泥業和塑化產業一樣，經由國家補助來成長成全球第一，近年來中國封測產能正因補助急速增加，但還未接觸到CoWoS這塊區域。中芯原本挖角台積前大老蔣尚義來發展中國先進封裝，但最終因蔣爸與中芯梁孟松的私人恩怨而黯然回台。在封測這部份，中國的確正在發展，但技術還未跟上最新潮流。

5. 在晶圓半導體設備部份，全球前五大設備供應是三家美商(AMT，LAM & KLA)，一家荷蘭商(ASML)和一家日商(TEL)。近年來日本和荷蘭則是跟美國配合停止先進製程設備給中國客戶，其中最令人矚目的例子，即是ASML停止提供DUV和EUV的設備。中國近年來一直投資國產設備研發，成立了很多公司。如北方微電子，上海微電子，拓荊科技，ACM等等。但在過去3年，中國新成立的半導體廠還是跟美日歐各大設備商買了大量的設備。中國自製的設備效能如何？ 不言可喻。值得注意的是，中國設備則是在低階蝕刻和部份清洗設備得到了國內部份的訂單。

6. 在原物料的部份，則很多關鍵原物料掌握在日本手上。最明顯的產品是光阻及晶圓片。而在化學品供應方面，大部份由日本和德國所掌握。但半導體生產中甚至還有些關鍵材料如靶材是來自俄羅斯，氖氣(煉鋼副產品)來自烏克蘭。在烏俄戰爭爆發後，中國鋼鐵廠的變成了最大的氖氣來源。所以半導體晶片是集全世界之力來的作一項工藝品。中國近幾年來也是大力地開始這些原物料的生產，但最大的問題來自於電子級原物料的純化及微粒(particle)的降低，是兩個大的技術門檻。這兩項指標會直接影響到晶圓製造的良率。台灣近年來，有像晶呈科技這樣的廠商出現，可以開始生產電子級原物料，但中國廠商還停留在raw material的階段。

總合以上，一個晶片的製造流程如下。晶片設計à光罩轉圖及製造à晶圓製造à封裝測試。這其中從光罩製造，晶圓製造到封裝測試，都需要全球的設備商及原物料供應商提供給這三大環節支援，但美國及其半導體盟友很容易由一些關鍵產品如光罩製造設備，晶圓關鍵設備如DUV/ EUV和EPI沈積，關鍵原物料如光阻，來阻斷中國晶片生產鏈。而中國對此因應，也開始大量地山寨和發展半導體各領域的設備，零附件及原物料生產。半導體產業中國國產化，變成是中國的一項全國運動。

※作者為半導體從業人員