
半导体“特种工艺”在芯片制造领域是一个高能关键词,它指的是区别于标准CMOS工艺、面向特定应用需求所开发的一类半导体工艺技术。在标准逻辑CMOS用于大规模计算的基础上,“特种工艺”专注于非通用集成电路的场景,比如高压、大电流、模拟、射频、传感、非易失存储等方向。
工艺节点集中在 180nm~55nm区间,强调实用性而非先进制程。封装、设计、测试也需配套“特种”化。因此相关工艺具有高门槛的特性。

为什么特种工艺“硬核”?
卡脖子属性:许多特种芯片无法简单依赖台积电或三星的标准逻辑工艺线,工艺“know-how”极其关键。
高技术壁垒+低产量+定制化强:这使得特种工艺难以被标准制造逻辑所覆盖,却对国家产业链安全至关重要。
泛用性广:虽然不是“主角”,但特种工艺芯片几乎存在于所有设备的关键控制环节(如电源、接口、信号采集、传感器等)。

特种工艺的发展简史
特种工艺的发展历史,其实是一部“技术找应用,应用反推技术”的产业演化史。它不像先进CMOS制程那样线性迭代,而是多点开花、各自进化。

1970s–1980s:初代“非标”工艺萌芽 – MOS/CMOS工艺刚起步,主流仍是Bipolar工艺。数字电路开始崛起,但模拟/高压/射频仍需特殊处理。BCD工艺由意法半导体在1980年代提出,首次将双极+CMOS+DMOS整合,开启混合工艺的先河。早期射频电路多用砷化镓(GaAs)离散器件,集成度低。在这一个阶段,初代“非标”工艺主要应用于电源控制器、模拟开关、简单信号放大器。
1990s–2000s:集成化 + 高压化需求激增 – 移动通讯、消费电子、LCD/OLED、汽车电子起飞,需要更高集成度和功能密度。HV-CMOS(高压CMOS)开始标准化,用于驱动LCD行列线(几十V);嵌入式闪存 eFlash 工艺用于MCU、小容量数据存储;RF-CMOS 工艺在90年代末由IBM等提出,取代GaAs用于低成本射频SoC。在这一个阶段,代表性的技术平台包括:TSMC、UMC等开始支持BCD/HV混合工艺平台;Tower、X-Fab等纯特种工艺Foundry出现。
2000s–2010s:智能化时代的传感与控制需求爆发 – 智能手机、可穿戴、智能汽车推动传感器、射频、能源管理大爆发。MEMS工艺广泛用于滤波器、惯性/压力/气体传感器;SOI(Silicon-on-Insulator)提升抗干扰和高频性能,应用于汽车、射频、工业控制;高压/模拟/逻辑/存储在一颗SoC上融合成为趋势。在这一个阶段,市场的趋势发生了变化:Foundry多样化(如GlobalFoundries专攻FD-SOI)。
2010s–至今:宽禁带材料 & 高性能工艺并进 – GaN、SiC 等宽禁带半导体快速兴起,满足新能源车、快充、光伏、储能等高功率场景;ReRAM、MRAM、FeRAM 等新型存储工艺进入嵌入式系统,面向AIoT、边缘计算;射频前端集成高度上升,SiGe BiCMOS 工艺用于高频PA/LNA。
特种工艺的核心挑战和全景分析
工艺兼容性差:特种工艺往往难以与先进逻辑工艺共线制造,需独立设备、流程;良率难控制:电压、电流、结构复杂,易产生击穿、寄生效应、热失控等问题;设备和材料壁垒:高压器件、绝缘衬底、异质材料等对设备和材料提出极高要求;IP和EDA工具缺乏:相比标准CMOS,特种工艺的EDA工具链、仿真模型不完善。但是我们必须认识到半导体特种工艺多点开花、各自进化,在每一条独特的技术路线上逐渐形成了高门槛的工艺体系:

在全球贸易壁垒不断增加的大背景下,半导体“特种工艺”依然具备良好的国际合作条件。首先,特种工艺是全球化的一个代表性产业,中国、美国、日本、韩国都拥有相关产业和技术。国际化的合作和竞争已经让这个产业在全球范围内健康的发展。其次,半导体“特种工艺”并不在16nm及以下贸易壁垒和限制的范围之内。
相信中国走原创技术道路的半导体企业一定会把握住机会,通过产业链协同创新与应用场景反哺,在射频、高压、车规级等特种工艺赛道形成全球竞争力。