2023-2028年半导体掩模版行业行业未来发展趋势
思瀚产业研究院 龙图光罩    2023-10-16

1、逻辑工艺路线和特色工艺路线是半导体发展的两大方向

逻辑工艺路线和特色工艺路线是当今半导体工艺两大方向，代表了两种产品性能提升的方式（线宽缩小与功能集成）。两者发展趋势如下图所示：

先进逻辑工艺按照摩尔定律的规律，不断追求工艺节点的缩小，从而满足对于算力和速度提高的需求，以及功耗降低的需求；特色工艺路线是指以“超越摩尔定律（More than Moore）”为指导，不完全依赖缩小晶体管特征尺寸，而是通过聚焦新材料、新结构、新器件的研发创新与运用，强调定制化和技术品类多元性的半导体晶圆制造工艺。特色工艺通过持续优化器件结构与制造工艺，最大化发挥不同器件的物理特性来提升产品性能及可靠性。

先进逻辑工艺与特色工艺并非是相互割裂、非此即彼的关系，随着对半导体性能需求的不断提升，先进逻辑芯片也会采用优化器件结构或集成其他工艺模块的特色工艺技术来提升性能，如应用于高性能 CPU 领域的 3D 封装技术；特色工艺芯片也会通过适当地缩小晶体管线宽来实现更高的单位性能和能耗比。

以功率半导体为例，为了提高开关频率和功率密度、降低功耗，功率半导体的制程工艺不断进步，从最初的 10μm 逐步缩小至目前主流的 0.5μm~130nm 左右；同时，在器件结构改进方面，功率器件经历了平面、沟槽、超级结等器件结构的变化，进一步提高了器件的功率密度和工作频率；而在材料方面，新兴的第三代半导体功率器件采用了碳化硅、氮化镓材料，进一步提升了器件的开关特性、降低了功耗，也优化了其耐高温、耐高压特性。

功率半导体在多年的发展中，将线宽缩小与结构、材料优化相结合，实现了性能的飞跃。由于摩尔定律不可避免地趋向物理极限，IC 制造成本的不断飙升使工艺尺寸的缩小变得愈发艰难。与开支大、折旧多、功能较为单一的逻辑工艺相比，特色工艺有着更强的盈利稳定性和功能多样性。因此，特色工艺路线是未来半导体制造发展的重要方向之一。

以台积电为代表的先进制程巨头也在加快特色工艺布局，根据台积电 2022年技术论坛，台积电特色工艺产能占台积电成熟制程产能的比重将会从 2018 年的 45%提升至 2022 年的 63%，与 2021 年相比，2022 年 12 寸晶圆的特色工艺产能会增长 14% ；中芯国际也大力布局特色工艺，2018 年中芯国际和绍兴国资委等资本共同成立绍兴中芯集成电路制造股份有限公司，专门面向 MEMS、MOSFET 和 IGBT 等特色工艺领域，致力于打造综合性特色工艺基地。

2、半导体掩模版最小线宽及精度随着半导体技术节点的进步而不断提升半导体产品

随着工艺技术进步和性能提升，线宽越来越窄，对上游掩模版的工艺水平和精度控制能力提出了更高要求。为了解决掩模版制作过程中由于线宽逐步缩小带来的诸多难题，以 OPC 光学邻近效应修正技术、PSM 相移掩模版技术、电子束光刻技术为代表的一系列图形分辨率增强技术兴起并快速发展。

3、特色工艺半导体快速发展，对掩模版定制化要求越来越高

特色工艺半导体主要包括功率半导体（含第三代半导体）、MEMS 传感器、先进封装、电源管理芯片、模拟芯片等工艺平台，近年来随着新能源汽车、光伏发电、自动驾驶、新一代移动通信、人工智能等新技术的不断成熟，工业控制、汽车电子等半导体主要下游制造行业的产业升级进程加快，特色工艺半导体行业发展迅速。

特色工艺不完全依赖缩小晶体管特征尺寸，而是聚焦于新材料、新结构、新器件的研发创新与运用，强调定制化和技术品类多元性。由于下游特色工艺半导体高度定制化，平台繁多、种类庞杂、领域众多，且通常会集成多种功能，这对于第三方掩模版厂商的定制化服务能力提出了更高的要求，掩模版厂商需要有足够的技术储备才能满足快速发展的特色工艺半导体的定制化要求。

4、芯片光刻层数增加，导致掩模版的张数增加，数据处理难度加大，套刻精度控制要求更高

思瀚《2023-2028年中国半导体掩模版行业市场现状与投资前景分析报告》显示随着终端产品的功能日趋复杂，半导体产品的集成度持续提高，晶圆制造的工艺不断进步。随着芯片堆叠层数的增加，半导体器件与集成电路的电路图也越发复杂，晶圆表面需要光刻的图案由传统的二维电路图像发展成含有多层结构的三维电路图像，这也导致半导体掩模版的张数不断增加，CAM 版图处理的难度进一步加大，掩模版的套刻精度控制也更加困难。