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半導體晶圓產業報告 全球晶圓產能分析及前景預測

2016-06-06
關鍵詞: 臺積電 IC 晶片 硅片

  IC Insights報告中其他關于12寸晶圓廠重點還包括:

  · 有幾座預定2013年開幕的晶圓廠延遲到了2014年;而隨著臺灣業者茂德(ProMOS)的兩座大型12寸廠在2013年關閉,導致營運中的12寸晶圓廠數量在2013首度減少。

  · 截至2015年底,全球有95座量產級的IC廠采用12寸晶圓(有大量研發晶片廠以及少數生產非IC產品,例如CMOS影像感測器的量產晶圓廠,但不包括在統計中)。

  · 目前全球有8座12寸晶圓廠預計2017年開幕,有可能使該年度成為自2014年有9座晶圓廠開始營運以來,第二個有最多數量晶圓廠開始營運的年份。

  · 到2020年底,預期全球將有再22座的12寸晶圓廠營運,讓全球應用于IC生產的12寸晶圓廠總數達到117座。而如果18寸(450mm)晶圓邁入量 產,12寸晶圓廠的高峰數量可達達到125座左右;而營運中8寸(200mm)量產晶圓廠的最高數量則是210座(在2015年12月為148座)。

  12寸晶圓廠數量持續成長

  今日的12寸晶圓廠可以很巨大,但它們以一種模組化的格式裝備;每個“模組”通常具備每月25K~45K晶圓片的產能,并與最接近的晶圓廠模組緊密連結;臺積電(TSMC)已經將這種模組化方案最佳化,其Fab 12、14與15等據點都是分階段擴張。

  而18寸晶圓技術持續邁向量產,盡管其步伐不慍不火;而因為微影技術是轉移至18寸晶圓最大的挑戰之一,設備業者ASML在2014年3月宣布將暫時延遲18寸晶圓設備的開發,有產業界人士認為這是個18寸晶圓可能永遠部會發生的征兆。

  此外ASML還指出,其延遲18寸晶圓設備開發的決定是基于客戶的要求。IC Insights并不認為這意味著18寸晶圓將胎死腹中,不過該尺寸晶圓的試產可能要到2019年以后才會發生,而量產則還要再2~3年。

  全球不同尺寸硅片市場現狀及發展預測

  300mm硅片也就是12英寸硅片,自2009年起成為全球硅圓片需求的主流(大于50%),預計2017 年將占硅片市場需求大于75%的份額。12寸的流片工藝是半導體制造中的很重要的工藝,所以我們現在也看到,大陸新建的晶圓代工廠,大多是12寸的工廠,其次還有一些使用二手設備的8寸的工廠,但6寸以下的新晶圓代工廠幾乎沒有。

  截止2014年,全球300mm硅片實際出片量已占各種硅片出片量的65%左右,平均約450萬片/月。2015年第1~第2季度每月平均需求量約500萬片。目前,12英寸硅片主要用于生產90nm-28nm及以下特征尺寸(16nm和14nm)的存儲器、數字電路芯片及混合信號電路芯片。

  2014年,在前十大的300mm晶圓需求廠商中,使用量最大的是三星,主要用于制作存儲器和邏輯芯片,第二大是美光,只做存儲器,第三大是Toshiba和SanDisk的公司,也基本上都是邏輯產品, 第四大的使用者是海力士,幾乎全是存儲器,而第五大使用者是臺灣的臺積電(TSMC),幾乎全部用作邏輯芯片,英特爾是第六大使用量。在前十大使用量中,臺積電,聯電(UMC),Powerchip等,12寸硅片代工和存儲器,華人做的很不錯。而我們國內對12寸硅片的需求量,也開始起來了,從半導體市場的需求量來看,大概從2004年開始,中國的需求量已經超過美國成為全球半導體需求最大的國家,2010年左右,中國大陸半導體的需求量占全球的50%,2016年,基本占全球需求量的60%。

  大陸半導體需求量非常大,我們自己的IC(集成電路)產業生產量不夠,所以現在IC(集成電路)已經成為中國大陸進口額最多的單一項目,連續數年超過了石油的進口額。中國作為IC(集成電路)的使用大國,生產卻量能不夠,過多依賴進口,因此,目前國家成立的集成電路產業投資基金(大基金)及地方政府成立的集成電路專項基金,目的就是加速集成電路產業的發展和提升。

  在2000年左右,國內IC(集成電路)生產可供應大約6-8%的國內需求,也就是超過90%依賴進口。到中芯國際建立后加上其它同行,國內整體可以供應15%的國內IC(集成電路)需求量。但從大概2006年至今,供應量雖然加大了不少,但需求量也同步增加,國內IC自我供應的百分比依然維持在15%左右。政府也較為關心IC行業發展,希望在2025年前,國內IC行業的自給率能夠達到至少50%。

  而集成電路制造目前基本上是12寸,而且工藝都是40nm以下,2025年左右應該可以做到10nm甚至以下(尺寸)更先進工藝量產。其中,28nm在2017-2018年將會是主力,20nm的比重增加,而16nm和14nm難度很大,量產的數量還不太多,但預計2019年16nm和14nm應該會大規模量產,28nm的產品工藝會轉到16nm或14nm的工藝產品線,28nm工藝產量會慢慢下降。但是由于28nm是壽命較長的技術,2019年之后28nm工藝需求依然會很高,國家也因此希望加快研發并量產28nm的硅片(300mm大硅片),這是一個很好的機會。

  d目前的問題在于,最上游的是設計公司,這在我們國內現在發展地相當不錯,有幾家公司都可以設計到16nm、14nm;但生產方面,上游材料IC等級的多晶硅目前還沒有,但馬上就會有了,已經有幾家企業在立項推進。多晶硅的原材料,高純度的石英,目前已知的全世界的儲量,中國最多,品質最好,但我們之前卻是將石英還原成金屬硅后低價外銷,再高價進口多晶硅,并且石英還原成金屬硅的階段是高度污染的。好在之前太陽能產業帶動了國內多晶硅產業的發展,目前太陽能等級的多晶硅,我國的產量已經是全球第一了。

  太陽能等級的多晶硅純度為99.9999%,總共6個“9”,現在做的好一點的在7-8個“9”而半導體等級要11個“9”,目前國內實驗室可以做少量的半導體級的,但要做幾噸單晶,目前還做不到。所以國家對此也很重視,02專項里就有立項解決半導體等級的多晶硅量產問題,預計大概在2-3年內可以做到11個“9”的多晶硅的量產,大致可以滿足國內產業鏈的需求。

  但是IC產業鏈中,多晶硅的下游環節:做成IC等級的晶棒和硅片,還是目前我們國家IC產業鏈缺失的重要一環。

  目前,在產業鏈后端,國內IC Wafer Fabrication已經起來,封裝測試海峽兩岸已是全球第一,這方面大陸的進展比臺灣還要快些;另外,產品組裝已是世界第一,例如iPhone;End-user consumers亦是全球第一。國內IC產業鏈后端很強,前端反而弱些。

  現在300mm半導體級的硅片,國內一個月需求量約45-50萬片,而目前國內的產量幾乎為零,這是產業鏈上最為緊缺的一環。而這一環,全球日本生產的最多,日本信越和SUMCO,這兩家的產能和實際供應量總和占全球2/3以上。300mm半導體級的大硅片,不僅是產業鏈缺失的重要一環,也是國家安全戰略發展的需要。

  國家在2012--2013年,科技部的02專項中,已有大硅片方面項目的經費準備,但遲遲不能發出項目,原因就是雖然有國內研發機構曾經做過12寸大硅片,研發成功,但由于良率不高還不能量產。2014年,科技部02專項的領導也與我們溝通過,要求是不僅研發成功,更要量產成功。量產的概念不是幾千片,是每個月10萬片以上交付客戶,連續6個月交付客戶10萬片以上,才算完成項目。


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