近日，全球第三的硅晶圓制造廠環(huán)球晶圓宣布，將在美國德克薩斯州新建一座12英寸硅晶圓廠。據(jù)悉，環(huán)球晶圓已經(jīng)在德克薩斯州注入了超過50億美元的投資，這座全新廠房將分階段建設(shè)，待完全竣工之后，高產(chǎn)能可達到每月120萬片12英寸晶圓，預(yù)計2025年開始投產(chǎn)。
受益于汽車芯片、物聯(lián)網(wǎng)、5G、云服務(wù)等應(yīng)用市場迅速增長所帶來的強勁需求，全球晶圓制造市場產(chǎn)能供不應(yīng)求。面對不斷激增的需求，各大廠商各顯神通，紛紛擴大產(chǎn)能，誓要把訂單收入囊中。
頭部晶圓企業(yè)產(chǎn)能全線滿載
在臺積電、英特爾、三星、德州儀器、格羅方德等全球領(lǐng)軍半導(dǎo)體企業(yè)紛紛宣布擴產(chǎn)計劃的同時，是市場對硅晶圓需求的大幅增長。
根據(jù)市調(diào)組織ICInsights的數(shù)據(jù)，各大晶圓廠的平均產(chǎn)能利用率均在95%左右，頭部企業(yè)更是保持在100%的全線滿載狀態(tài)。硅晶圓大廠日本勝高表示已經(jīng)售完了未來5年的產(chǎn)能。環(huán)球晶圓董事長徐秀蘭在董事會上表示，2022年產(chǎn)能持續(xù)滿載，全產(chǎn)全銷，今年至2024年產(chǎn)能也已全部賣光，8英寸、12英寸需求都很強勁。
為了能完成更多的訂單，擴大市場份額，各大硅晶圓廠商開始實施擴產(chǎn)計劃。
日本勝高宣布將斥資2287億日元（約合17億美元）建設(shè)新廠，擴產(chǎn)12英寸硅晶圓。此外，還將斥資272億日元（約合2億美元）用于擴充由其子公司運營的半導(dǎo)體硅晶圓廠產(chǎn)能；德國世創(chuàng)計劃于2022年投資11億歐元（約合75億美元），其中2/3將用來在新加坡建廠；韓國半導(dǎo)體硅晶圓大廠SK Siltron宣布投資1.05萬億韓元（約合8.4億美元）擴建12英寸半導(dǎo)體硅晶圓廠，廠房的建設(shè)及設(shè)備的安裝預(yù)計需要近3年的時間，計劃在2022年下半年開始建設(shè)，2024年上半年投產(chǎn)。
環(huán)球晶圓今年的動作頻繁，因為此前收購德國世創(chuàng)一案未能成功，原來規(guī)劃用于收購案的資金將用于啟動全新的擴產(chǎn)計劃。環(huán)球晶圓表示，將考慮進行多項現(xiàn)有廠區(qū)及新廠擴產(chǎn)計劃，包含12英寸硅晶圓、8英寸與12英寸SOI、8英寸FZ、SiC晶圓、GaN on Si等大尺寸產(chǎn)品。擴產(chǎn)計劃涵蓋亞洲、歐洲和美國地區(qū)的投資，預(yù)計2022至2024年度總資本支出將達36億美元左右，新產(chǎn)線的產(chǎn)品出貨時間從2023年下半年開始逐季增加。
2月18日，環(huán)球晶圓意大利子公司MEMC SPA董事會依據(jù)集團母公司董事會的決議，核準其意大利諾瓦拉廠(Novara)于現(xiàn)有的8英寸晶圓產(chǎn)線外增設(shè)12英寸產(chǎn)線。
環(huán)球晶圓董事會將聚焦擴產(chǎn)當(dāng)下的熱點12英寸拋光片的生產(chǎn)和開發(fā)。除此之外，由于美拉諾(Merano)工廠已經(jīng)著手12英寸硅晶圓的產(chǎn)能擴充，環(huán)球晶圓將在意大利擁有完整并高度整合的12英寸生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線將于2023年年中開始生產(chǎn)。
賽迪顧問集成電路產(chǎn)業(yè)研究中心高級分析師楊俊剛向《中國電子報》記者表示，近幾年，元宇宙、大數(shù)據(jù)、云計算、新能源汽車等新興領(lǐng)域的快速發(fā)展，大幅增加了集成電路產(chǎn)品的使用量，隨著市場需求不斷增加，硅晶圓廠建廠和擴產(chǎn)也將迎合市場需求，同時增加自身的業(yè)務(wù)能力。但一般建設(shè)廠房需要2年左右的建設(shè)期，加上前期的產(chǎn)能爬坡期，預(yù)計3~4年產(chǎn)能將得到釋放。
12英寸硅晶圓將成為主要競爭點
目前全球硅晶圓市場占有率位居前五的企業(yè)是信越化學(xué)、勝高、世創(chuàng)、環(huán)球晶圓、SK Siltron，他們一共占據(jù)了近九成的市場份額。從目前幾大廠商的擴產(chǎn)信息可以分析出，12英寸硅晶圓將成為主要競爭點。全球半導(dǎo)體市場規(guī)模的一半以上以及主要增量都源于邏輯電路和存儲器，該部分應(yīng)用領(lǐng)域已主要采用12英寸半導(dǎo)體硅晶圓進行生產(chǎn)。
12英寸硅晶圓的生產(chǎn)相較于8英寸硅晶圓具有更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。賽迪顧問集成電路中心高級咨詢顧問池憲念向《中國電子報》記者表示，在生長技術(shù)方面，一是尺寸越大拉單晶過程中旋轉(zhuǎn)速度越慢，需要解決慢速旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)缺陷的問題。二是生長過程中徑向溫差是熱應(yīng)力來源，大尺寸單晶硅棒拉制要求徑向溫差盡量小，以避免增殖位錯，以及單晶失敗、斷線。在硅晶圓切割技術(shù)方面，硅晶圓直徑越大邊緣處就更容易出現(xiàn)翹曲，易導(dǎo)致良品率降低的問題。因此12寸硅晶圓對于直拉單晶生長、磁場直拉單晶生長、熱場模擬和設(shè)計、大直徑硅錠線切割、高精度滾圓、高效低應(yīng)力線切割等技術(shù)提出了更高要求。
盡管目前12英寸硅晶圓市場仍被幾大龍頭企業(yè)所占據(jù)，但由于這些大廠生產(chǎn)的硅晶圓無法完全滿足國內(nèi)半導(dǎo)體廠商對硅晶圓的增量需求，因此，這讓國內(nèi)硅晶圓廠商迎來了快速發(fā)展期。
中國電子材料行業(yè)協(xié)會常務(wù)副秘書長魯瑾向《中國電子報》記者介紹，中國大陸半導(dǎo)體硅材料原以6英寸以下為主，近3年，才大量新建、在建8英寸、12英寸大尺寸硅晶圓項目。12英寸硅晶圓既是行業(yè)發(fā)展的重點，也是中國大陸集成電路產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展的短板。經(jīng)過多年的技術(shù)積累，企業(yè)在8英寸硅晶圓方面已掌握了多項關(guān)鍵技術(shù)。但產(chǎn)品主要集中在重摻拋光片及外延片領(lǐng)域，輕摻拋光片方面仍有待進一步提升。
中環(huán)股份方面向《中國電子報》記者表示，2021年，中環(huán)股份8~12英寸拋光片、外延片出貨量加速攀升，產(chǎn)銷規(guī)模同比提升90%以上。截至2021年12月31日，公司8英寸月產(chǎn)能達70萬片，12寸月產(chǎn)能達17萬片。在消費類電子及數(shù)據(jù)中心服務(wù)器等需求的不斷拉動下，12英寸產(chǎn)品國內(nèi)客戶訂單爆增，中環(huán)股份通過加速新產(chǎn)線調(diào)試釋放有效產(chǎn)能，提升交付率。
半導(dǎo)體硅晶圓企業(yè)必須形成規(guī)?；?、商業(yè)化的生產(chǎn)，才具有競爭力。芯謀研究高級分析師張彬磊向《中國電子報》記者表示，目前中環(huán)股份、滬硅產(chǎn)業(yè)等國內(nèi)企業(yè)已在技術(shù)上實現(xiàn)12英寸硅晶圓生產(chǎn)，客戶已涵蓋國內(nèi)外主流晶圓廠，不僅包括中芯國際、華虹宏力等廠商，也包括格羅方德、恩智浦、意法半導(dǎo)體等國外知名的企業(yè)，未來可期。
盡管如此，我國硅晶圓產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能完全釋放尚需時日，并且每個硅晶圓工廠投產(chǎn)后產(chǎn)品得到芯片企業(yè)認證的周期很長，從測試片、控擋片到正片比例提升，滿足各客戶不同工藝、不同器件產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)需求，并逐步提升良率水平，都需要一個發(fā)展過程。
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