晶圓代工爭霸戰(三) 台積電VS三星

挑戰者NO.2 台積電與三星的廝殺
1. 三星 (SAMSUNG)
2. 晶圓業務早期以自用為主
  1. 然而產能若僅自己用會太小
  2. 故也接蘋果的單。
3. 製程飛越
  1. 直接從 28 奈米
    1. 跳過 20 奈米
      1. 飛到現在的 14 奈米。
4. 創立
  1. 李秉喆
  2. 世界上最大
    1. 家族控制
      1. 商業帝國
  3. 早期
    1. 出口乾魚
      1. 蔬菜
      2. 水果
      3. 到中國東北去
  4. 1970年
    1. 生產洗衣機
      1. 冰箱
      2. 電視機
  5. 1980年
    1. 開始引進美國先進技術
      1. 韓國半導體公司
      2. 合併
  6. 家電
    1. 電信
      1. 半導體
      2. 核心業務
晶圓代工
1. 成功
  1. 蘋果
    1. 是助力
2. (DRAM)
  1. 動態隨機存取記憶體
3. NAND
  1. 快閃記憶體
4. 三星的電子產品
  1. 使用自家的處理器
    1. (如:Exynos獵戶座)
  2. 為了獲得
    1. 蘋果的資源
    2. 發展晶圓產業
  3. 不讓自己
    1. 產能過剩
      1. (若處理器僅用在三星自身產品上會有多餘產能)
  4. 用成本價
    1. 吃掉蘋果訂單
    2. 記憶體打包一起折扣賣
    3. 幫自己的晶圓代工練兵
5. 蘋果因與三星爭訟
  1. 力行「去三星化」政策
    1. 三星20奈米製程
      1. 良率無法突破
6. 最後
  1. 用來生產自家
    1. Exynos 5430
      1. (用在 Samsung GALAXY A8 )
    2. Exynos 5433
      1. (用在 Samsung GALAXY Note 4 )
7. 領導廠商
  1. 全球市占率達 15.5%
  2. 始終掌握著 iPhone
    1. 記憶體關鍵零組件
      1. iPhone 4 使用的快閃記憶體晶片
      2. iPad顯示器
      3. 三星生產
iPhone
1. 第一代晶片開始
  1. 蘋果一直向三星
    1. 採購 ARM 架構的晶片
2. 2010年
  1. 蘋果自主研發的 A4 晶片
    1. 被搭載在 iPad 上正式發表
    2. 隨後又搭載在 iPhone 4 中
    3. A4 處理器雖出自蘋果
      1. 三星自家發表的 S5PC100 處理器
      2. 和 A4 晶片上採用的內核一模一樣
      3. 兩款晶片的電路設計上
      4. 可以說是同一批人馬
      5. 後續的 A5、A6、A7 也都是三星生產
3. 蘋果和三星在代工處理上的關係
  1. 直到三星在 Android 智慧型手機
  2. 蘋果的iOS
  3. 起了磨擦
4. 2011 年
  1. 蘋果正式起訴三星
    1. Galaxy 系列產品抄襲
    2. iPhone 和 iPad
  2. 三星又反起訴蘋果
    1. 侵犯其 10 項技術專利
  3. 專利訴訟戰
    1. 遍及全世界
5. 蘋果因與三星爭訟
  1. 力行「去三星化」政策
    1. 三星20奈米製程
      1. 良率無法突破
6. 最後
  1. 用來生產自家
    1. Exynos 5430
      1. (用在 Samsung GALAXY A8 )
    2. Exynos 5433
      1. (用在 Samsung GALAXY Note 4 )
台積電
1. 一直無法獲得
  1. 蘋果訂單
    1. 台積電報價
      1. 強硬
    2. 蘋果迫使台積電
      1. 和三星一樣
      2. 成本價
    3. 當時台積電產能
      1. 己滿載
      2. 無法接下蘋果大量訂單
2. 20 奈米製程
  1. 領先三星
  2. 產能擴張完畢
  3. 首度拿下 iPhone 6
    1. A8 處理器全部訂單
三星製程轉變因素
1. 三星苦惱
  1. 20 奈米製程
  2. 良率問題
2. 直接殺到
  1. 14 奈米製程
3. 轉變的因素
  1. 台積電內部
  2. 發生的洩密問題。
4. 梁孟松
  1. 加州大學柏克萊分校
    1. 電機博士
  2. 畢業後
    1. 美商超微 (AMD)
  3. 1992 年
    1. 返台加入台積電
  4. 2003 年
    1. 擊敗 IBM
      1. 一舉揚名全球的 0.13 微米銅製程一役
      2. 有他的功績
  5. 2009 年
    1. 因研發副總升遷不上的問題
      1. 憤而離開研發部門
    2. 帶走了自己的一組人馬投奔南韓
  6. 接下來幾年
    1. 三星的製程突然研發快速進步
    2. 從 48、32、28 奈米的間隔時間急遽縮短
    3. 三星的電晶體製程
      1. 台積電的差異
      2. 快速減少。
5. 合理來說
  1. 三星技術源於IBM
    1. 電晶體應是圓盤U狀
  2. 而非台積電獨有的
    1. 稜形結構特徵
  3. 到了14奈米製程
    1. 結構上幾乎與台積電無異
  4. 台積電委託外部專家
    1. 製做比對分析報告
      1. 若單從結構來看
      2. 二種晶圓
      3. 來自於台積電或三星製造
      4. 己無法分辦
6. 2014年5月
  1. 法院判定
    1. 梁孟松
      1. 2015年12月31日
      2. 不得進入南韓三星工作
    2. 台灣法院從未限制
      1. 企業高階主管
      2. 在競業禁止期限結束之後
      3. 還不能到競爭對手公司工作
  2. 歷史性的判決
半導體製程挑戰
1. 在於不斷微縮
  1. 閘極線寬
    1. 在固定的單位面積之下
      1. 增加電晶體數目
2. 隨著閘極線寬縮小
  1. 氧化層厚度跟著縮減
    1. 絕緣效果降低
      1. 導致漏電嚴重。
3. 在 28 奈米製程節點
  1. 導入的高介電常數
    1. 金屬閘極（High-k Metal Gate, HKMG），
    2. 利用高介電常數材料
      1. 增加電容值
      2. 以達到降低漏電的目的。
4. HKMG
  1. High-k 絕緣層
  2. 加上金屬柵極
  3. 防漏電用
5. 工藝上又分
  1. IBM 為首支持的 Gate-First
    1. 先形成柵極
      1. 再進行離子佈植
      2. 退火
      3. 後續工法
  2. Intel 支持的 Gate-Last
    1. 晶圓製程階段
      1. 先經過離子佈植
      2. 將所需的摻雜元素
      3. 電離成正離子
      4. 施加高偏壓
      5. 使其獲得一定的動能
      6. 以高速射
      7. 射入矽晶圓
      8. 退火
      9. 離子佈植之後
      10. 所以隨後晶圓必須利用熱能來消除晶圓內晶格缺陷
      11. 會嚴重破壞晶圓內
      12. 矽晶格的完整性
      13. 晶圓必須利用熱能
      14. 消除晶圓內晶格缺陷
      15. 以恢復矽晶格的完整性
      16. 等工序後
      17. 再形成 HKMG 柵極
6. 為什麼 Gate-Last 會比 Gate First 好？
  1. 很簡單
    1. 可以想想
      1. 如果先形成 HKMG 柵極
      2. 再讓 High-k 絕緣層
      3. 金屬等製作柵極
      4. 經過退火工序的高溫
      5. 容易影響晶片性能
7. 台積電原本也是走 IBM 的 Gate-first 技術
  1. 台積電第一戰將
    1. 蔣尚義
      1. 主導下
      2. 28奈米
      3. 改走INTEL
      4. GATE-LAST技術
  2. 號稱技術大阿哥 XD
8. 2011年第四季
  1. 台積電才領先各家代工廠
    1. 首先實現了28 奈米的量產
      1. 從 40 奈米進展到 28 奈米。
9. 三星原本在 32 奈米製程同樣採用 Gate-first 技術
  1. 後來快速發展出自己的 Gate-Last 28 奈米製程
  2. 此後的 14奈米亦皆基於 Gate-Last
  3. 很多人會把三星能快速發展出自己的 Gate-Last 技術
    1. 大功勞歸功於梁孟松
回推2009年
1. 台積電連 40 奈米
  1. 都還沒多少量
2. 同時 28奈米 HKMG
  1. Gate-First 與 Gate-Last 的戰役都還沒分出勝負
3. 真要說梁孟松對三星的 FinFET 提供關鍵性的助益… ？
4. 科技同業互相挖角乃為常態
  1. 彼此間都有高階人才跳來跳去
5. 粱孟松當初帶了一組人馬過去
  1. 若有人在南韓不適應
    1. 再度回歸台積電的話
      1. 不也換三星要擔心？
6. 因此梁孟松雖然對三星的技術開發有一些貢獻
  1. 但影響也沒那麼大
  2. 三星的邏輯技術一直都不輸給台積電
    1. 只是以前很少做代工罷了
7. 事後
  1. 聽說兩家公司有個非公開的互不挖角協議
    1. 避免雙方都困擾
8. 不過三星的急起直追
  1. 對於台積電投入好幾年
    1. 幾千億的研發資金的技術仍頗有壓力。
9. 由於三星的 14 奈米已超越台積電的 16 奈米
  1. 加上蘋果 A9 的大部分訂單更轉到了三星
    1. 對台積電所造成的損失高達好十幾億美元
10. 張忠謀在 2014 年的法說會上
  1. 坦承 16 奈米技術被三星超前
    1. 使台積電一度股價大跌
      1. 投資評等遭降。
三星與台積電之爭
1. 這個局勢在 iPhone 6s A9 晶片忽然扭轉
  1. 使得台積電在蘋果A9處理器一戰成名
  2. 同時採用三星及台積電製程的 A9 處理器在功耗上發生的顯著的差異
  3. 台積電的晶片明顯較三星地省電
    1. 適才爆發知名的 iPhone 6s 晶片門爭議
2. 三星雖然在製程上獲得巨大的進步
  1. 但在良率及功耗的控制下仍輸給台積電
  2. 使得蘋果 A9 後續的追加訂單全到了台積電手裡
3. 到了 A10 處理器
  1. 其代工訂單由台積電全部吃下。
4. 三星雖然挖走了台積電的技術戰將
  1. 也跟著往 Gate-Last 技術走
  2. 然而 Gate-Last 工藝的防漏電及提高良率的苦功
  3. 則還是要仰賴基層生產時的Know-how
    1. (所謂十萬青年十萬肝，GG輪班救台灣便是來於此)
  4. 這也是台積電的得意絕活。
5. 為什麼三星的 14 奈米會不如台積電的 16 奈米製程的另一個原因
  1. 在於FinFET (鰭式場效應電晶體)
    1. 先進製程上的命名慣例被三星打破
6. 當初台積電剛採用立體設計的 FinFET 工藝時
  1. 原本計畫按照與 Intel 一致的測量方法
  2. 稱為 20 奈米 FinFET
  3. 因為該代製程的線寬
    1. 與前一代傳統半導體 2D 平面工藝
      1. 20 奈米的線寬差不多。
  4. 但三星搶先命名為「14 奈米」，
    1. 為了不在宣傳上吃虧
      1. 台積電改稱為「16 奈米」。
7. 2015 年第 4 季末
  1. 首批 10 奈米送樣認證
    1. 當時僅蘋果
    2. 聯發科
    3. 海思
    4. 一線客戶
      1. 高通並未參與
8. 2016 年 11 月
  1. 高通正式宣布
    1. 下世代處理器驍龍
    2. (Snapdragon) 830
    3. 將採用三星的 10 奈米製程技術
    4. 原因在於：
      1. 1.驍龍 810 上的發熱門事件
      2. 即是採用台積電製程
      3. (雖然是高通自己的晶片設計問題)；
      4. 2.有韓國媒體傳出
      5. 高通以晶圓代工訂單做為交換條件
      6. 要求2017年三星旗艦機Galaxy S8
      7. 須採用驍龍 830 晶片。
    5. 但若台積電能在製程上再度取得優勢
      1. 則可預期高通7奈米製程將重回台積電懷抱
9. 事實上
  1. 三星與台積電皆可稱為
  2. 「 20 奈米FinFET」。