全球晶圆产能分析及前景预测

    市场研究机构IC Insights近日公布了最新的2016~2020年全球晶圆产能报告，显示全球营运中的12寸(300mm)晶圆厂数量持续成长，预期在2016年可达到100座。

 

    IC Insights报告中其他关于12寸晶圆厂重点还包括：

 

    有几座预定2013年开幕的晶圆厂延迟到了2014年;而随着台湾业者茂德(ProMOS)的两座大型12寸厂在2013年关闭，导致营运中的12寸晶圆厂数量在2013首度减少。

 

    截至2015年底，全球有95座量产级的IC厂采用12寸晶圆(有大量研发晶片厂以及少数生产非IC产品，例如CMOS影像感测器的量产晶圆厂，但不包括在统计中)。

 

    目前全球有8座12寸晶圆厂预计2017年开幕，有可能使该年度成为自2014年有9座晶圆厂开始营运以来，第二个有最多数量晶圆厂开始营运的年份。

 

    到2020年底，预期全球将有再22座的12寸晶圆厂营运，让全球应用于IC生产的12寸晶圆厂总数达到117座。而如果18寸(450mm)晶圆迈入量 产，12寸晶圆厂的高峰数量可达达到125座左右;而营运中8寸(200mm)量产晶圆厂的最高数量则是210座(在2015年12月为148座)。

 

    12寸晶圆厂数量持续成长
 

     今日的12寸晶圆厂可以很巨大，但它们以一种模组化的格式装备;每个“模组”通常具备每月25K~45K晶圆片的产能，并与最接近的晶圆厂模组紧密连结;台积电(TSMC)已经将这种模组化方案最佳化，其Fab 12、14与15等据点都是分阶段扩张。

 

     而18寸晶圆技术持续迈向量产，尽管其步伐不愠不火;而因为微影技术是转移至18寸晶圆最大的挑战之一，设备业者ASML在2014年3月宣布将暂时延迟18寸晶圆设备的开发，有产业界人士认为这是个18寸晶圆可能永远部会发生的征兆。

 

    此外ASML还指出，其延迟18寸晶圆设备开发的决定是基于客户的要求。IC Insights并不认为这意味着18寸晶圆将胎死腹中，不过该尺寸晶圆的试产可能要到2019年以后才会发生，而量产则还要再2~3年。

 

    全球不同尺寸硅片市场现状及发展预测

 

    (全球不同尺寸硅片市场前景预测)

 

    300mm硅片也就是12英寸硅片，自2009年起成为全球硅圆片需求的主流(大于50%)，预计2017 年将占硅片市场需求大于75%的份额。12寸的流片工艺是半导体制造中的很重要的工艺，所以我们现在也看到，大陆新建的晶圆代工厂，大多是12寸的工厂，其次还有一些使用二手设备的8寸的工厂，但6寸以下的新晶圆代工厂几乎没有。

 

    截止2014年，全球300mm硅片实际出片量已占各种硅片出片量的65%左右，平均约450万片/月。2015年第1～第2季度每月平均需求量约500万片。目前，12英寸硅片主要用于生产90nm-28nm及以下特征尺寸(16nm和14nm)的存储器、数字电路芯片及混合信号电路芯片。

 

    2014年，在前十大的300mm晶圆需求厂商中，使用量最大的是三星，主要用于制作存储器和逻辑芯片，第二大是美光，只做存储器，第三大是Toshiba和SanDisk的公司，也基本上都是逻辑产品， 第四大的使用者是海力士，几乎全是存储器，而第五大使用者是台湾的台积电(TSMC)，几乎全部用作逻辑芯片，英特尔是第六大使用量。在前十大使用量中，台积电，联电(UMC)，Powerchip等，12寸硅片代工和存储器，华人做的很不错。而我们国内对12寸硅片的需求量，也开始起来了，从半导体市场的需求量来看，大概从2004年开始，中国的需求量已经超过美国成为全球半导体需求最大的国家，2010年左右，中国大陆半导体的需求量占全球的50%，2016年，基本占全球需求量的60%。

 

    大陆半导体需求量非常大，我们自己的IC(集成电路)产业生产量不够，所以现在IC(集成电路)已经成为中国大陆进口额最多的单一项目，连续数年超过了石油的进口额。中国作为IC(集成电路)的使用大国，生产却量能不够，过多依赖进口，因此，目前国家成立的集成电路产业投资基金(大基金)及地方政府成立的集成电路专项基金，目的就是加速集成电路产业的发展和提升。

 

    在2000年左右，国内IC(集成电路)生产可供应大约6-8%的国内需求，也就是超过90%依赖进口。到中芯国际建立后加上其它同行，国内整体可以供应15%的国内IC(集成电路)需求量。但从大概2006年至今，供应量虽然加大了不少，但需求量也同步增加，国内IC自我供应的百分比依然维持在15%左右。政府也较为关心IC行业发展，希望在2025年前，国内IC行业的自给率能够达到至少50%。

 

    而集成电路制造目前基本上是12寸，而且工艺都是40nm以下，2025年左右应该可以做到10nm甚至以下(尺寸)更先进工艺量产。其中，28nm在2017-2018年将会是主力，20nm的比重增加，而16nm和14nm难度很大，量产的数量还不太多，但预计2019年16nm和14nm应该会大规模量产，28nm的产品工艺会转到16nm或14nm的工艺产品线，28nm工艺产量会慢慢下降。但是由于28nm是寿命较长的技术，2019年之后28nm工艺需求依然会很高，国家也因此希望加快研发并量产28nm的硅片(300mm大硅片)，这是一个很好的机会。

 

    目前的问题在于，最上游的是设计公司，这在我们国内现在发展地相当不错，有几家公司都可以设计到16nm、14nm;但生产方面，上游材料IC等级的多晶硅目前还没有，但马上就会有了，已经有几家企业在立项推进。多晶硅的原材料，高纯度的石英，目前已知的全世界的储量，中国最多，品质最好，但我们之前却是将石英还原成金属硅后低价外销，再高价进口多晶硅，并且石英还原成金属硅的阶段是高度污染的。好在之前太阳能产业带动了国内多晶硅产业的发展，目前太阳能等级的多晶硅，我国的产量已经是全球第一了。

 

    太阳能等级的多晶硅纯度为99.9999%，总共6个“9”，现在做的好一点的在7-8个“9”而半导体等级要11个“9”，目前国内实验室可以做少量的半导体级的，但要做几吨单晶，目前还做不到。所以国家对此也很重视，02专项里就有立项解决半导体等级的多晶硅量产问题，预计大概在2-3年内可以做到11个“9”的多晶硅的量产，大致可以满足国内产业链的需求。

 

    但是IC产业链中，多晶硅的下游环节：做成IC等级的晶棒和硅片，还是目前我们国家IC产业链缺失的重要一环。

 

    目前，在产业链后端，国内IC Wafer Fabrication已经起来，封装测试海峡两岸已是全球第一，这方面大陆的进展比台湾还要快些;另外，产品组装已是世界第一，例如iPhone;End-user consumers亦是全球第一。国内IC产业链后端很强，前端反而弱些。

 

    现在300mm半导体级的硅片，国内一个月需求量约45-50万片，而目前国内的产量几乎为零，这是产业链上最为紧缺的一环。而这一环，全球日本生产的最多，日本信越和SUMCO，这两家的产能和实际供应量总和占全球2/3以上。300mm半导体级的大硅片，不仅是产业链缺失的重要一环，也是国家安全战略发展的需要。

 

    国家在2012--2013年，科技部的02专项中，已有大硅片方面项目的经费准备，但迟迟不能发出项目，原因就是虽然有国内研发机构曾经做过12寸大硅片，研发成功，但由于良率不高还不能量产。2014年，科技部02专项的领导也与我们沟通过，要求是不仅研发成功，更要量产成功。量产的概念不是几千片，是每个月10万片以上交付客户，连续6个月交付客户10万片以上，才算完成项目。