旺盛的市场需求下,全球8英寸晶圆市场的机遇与挑战

 对优质芯片的持续需求,造成了200 mm(8英寸)晶圆厂产能和设备的严重短缺,且还没有出现任何放缓的迹象。

 
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达99.999999999%。
 
如今,200 mm晶圆厂产能紧张,预计2018年下半年的情况也一样,这种产能紧张可能还会延续到2019年。事实上,2018年可能已经是连续第三年200 mm晶圆厂产能紧张了。当然,对于200 mm设备也是如此。
旺盛的市场需求下,全球8英寸晶圆市场的机遇与挑战
                                              2017~2023年超越摩尔领域的晶圆需求(等效200 mm晶圆)
  
虽然旺盛的需求对产业来说似乎一片光明,但这一情况正为许多客户带来了多方面的焦虑。200 mm市场不涉及300 mm晶圆厂生产的尖端芯片,但包含了大量在老旧200 mm晶圆厂成熟节点制造的器件,它们包括消费类器件、通信IC以及传感器。
  
在200 mm晶圆端,市场动态复杂,主要体现在:
  
- IDM和无晶圆厂设计公司希望能够满足200 mm晶圆厂的芯片制造需求。但供应商能否满足所有需求尚不清楚,因为全球200 mm晶圆厂产能现在和未来预计都将保持紧张状态。
  
- 作为回应,GlobalFoundries(格罗方德)、Samsung(三星)、SMIC(中芯国际)、TowerJazz、TSMC(台积电)、UMC(联电)等其它厂商都在争相增加或寻求新的200 mm晶圆制造产能。同时,新代工厂——SkyWater Technology已经加入200 mm角逐。
  
- 即使有可用的200 mm产能,但由于无法在市场上找到足够的合适的200 mm晶圆设备,行业仍然面临窘境。
  
- 因而,由于无法获得足够的200 mm产能或设备,一些芯片制造商不得不重新考虑他们关于建设新200 mm晶圆厂的计划,相反他们可能会建造300 mm晶圆厂。
  
对于产业各方来说,这都是一个复杂且令人隐忧的现状。“我们都看到200 mm订单供不应求,寻求任何额外的产能都不容易,”UMC业务管理副总裁Walter Ng表示,“过去的周期性规律,到现在200 mm产能早早就完成瓜分,已经逐渐成为一种常态。我们以及业界其它厂商相信在可见的未来,都将保持这样的现状发展。并不是UMC一家如此,全行业都是这样的情况。”
  
令人惊讶的是,200 mm晶圆厂至少要到2030年左右才能维持运营。跟以前一样,其挑战在于200 mm设备的采购,目前仍然处于供不应求的状态。
  
事实上,市场对200 mm设备的强劲需求已经持续一段时间了,尽管由于芯片制造商开始权衡他们的200 mm晶圆厂计划,致使2018年下半年市场需求似乎稍微有所缓解。此外,地缘政治问题也是其中一个影响因素。“200 mm产能持续紧张”,Semico Research制造总经理Joanne Itow表示,“有意思的是,200 mm二手设备的需求已经有些许减弱。”
  
200 mm晶圆厂火爆
  
IC市场可以划分为多个细分市场。在领先的前沿领域,芯片制造商正在300 mm晶圆厂16 nm/14 nm及以下节点增加芯片量产规模。当然,在300 mm晶圆厂,芯片制造商也在16nm/14 nm及以上节点制造芯片。
  
300 mm所有工艺节点的产能都在不断扩大。“除了代工厂在增加逻辑芯片的产能,中国和韩国在存储器件方面显著提高了300 mm晶圆产能,”Semico Research分析师Adrienne Downey说。
  
但并非所有芯片都需要先进的工艺节点。模拟器件、MEMS、射频器件等产品大多是在200 mm及以下尺寸的晶圆厂生产的。对于这其中的许多器件而言,200 mm晶圆是最佳选择。
 
第一座200 mm晶圆厂于1990年出现,200 mm晶圆尺寸逐渐成为多年的行业标准。随着时间的推移,芯片制造商在2000年代开始向更先进的300 mm晶圆厂迁移,市场对200 mm晶圆的需求增长开始萎缩。到2007年,200 mm晶圆需求达到顶峰,市场开始下降。
旺盛的市场需求下,全球8英寸晶圆市场的机遇与挑战
                                                                                  晶圆尺寸的相对差异
  
尽管如此,2015年末,产业出现了对200 mm晶圆厂芯片的意外需求。这使得IC供应链不堪重负,导致2016年和2017年200 mm晶圆厂的产能短缺。进入2018年,200 mm晶圆产能仍然紧张,且似乎无法预计何时能够缓解。
  
尽管如此,对200 mm晶圆的需求已经令产业措手不及,并迫使芯片制造商和晶圆厂设备供应商更加认真地对待该技术。例如,代工厂提高了具有新工艺或改进工艺的200 mm产能。然后,多家晶圆厂设备供应商开始打造新的 200 mm晶圆制造设备。
  
SEMI分析师Christian Gregor Dieseldorff表示,总体而言,量产200 mm晶圆厂的数量预计将从2016年的188家增加到2021年的202家,该数字包括IDM和代工厂。
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