來(lái)源：半導(dǎo)體芯科技 Simon編譯

近幾年，全球晶圓供求失衡，200mm晶圓短缺會(huì)持續(xù)數(shù)年。晶圓生產(chǎn)的全球五大廠商——日本SEH、Sumco、德國(guó)Siltronic、臺(tái)灣GlobalWafter和韓國(guó)SK Siltron，于去年投資了數(shù)十億美元購(gòu)建新的晶圓設(shè)備，它們占據(jù)了市場(chǎng)份額的90%，最新的晶圓工廠于2024年才能生產(chǎn)。如今，汽車?yán)走_(dá)、家電MEMS、5G手機(jī)等這些里面大量使用200毫米晶圓制成的芯片，它們的產(chǎn)量小、制造復(fù)雜。然而晶圓制造不受摩爾定律的制約。

圖1:硅片營(yíng)收預(yù)測(cè)(2022年2月更新)。硅片收入在2021年增長(zhǎng)了14.5%，最終達(dá)到了2007年的水平。來(lái)源:Techcet

由于當(dāng)前300mm晶圓需求量大，相對(duì)產(chǎn)能緊張，晶圓價(jià)格上漲。Techcet市場(chǎng)研究總監(jiān)Dan Tracy表示，2021年硅片出貨量增長(zhǎng)了14%。300mm晶圓出貨量超過(guò)13%，200mm晶圓出貨量超過(guò)了15%；2022年預(yù)計(jì)總出貨量增長(zhǎng)約6%。

圖2:2022年2月的硅晶圓出貨量預(yù)測(cè)。2021年硅片出貨量增長(zhǎng)14%，創(chuàng)下歷史新高。2022年的增長(zhǎng)率約為6%。來(lái)源:Techcet

整個(gè)硅片市場(chǎng)（包括SOI晶圓）的收入增長(zhǎng)了14.5%，并在2022年再次增長(zhǎng)10%，最高達(dá)到155億美元。這是10多年來(lái)晶圓行業(yè)首次連續(xù)兩年實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)增長(zhǎng)。然而，這一增長(zhǎng)主要是由于晶圓價(jià)格上漲，而非晶圓產(chǎn)量增加。2022年300毫米晶圓的需求約為每月7,200晶圓(wpm)。但直到2024年，即使以100%的速度運(yùn)行，300毫米晶圓的總生產(chǎn)能力也將比需求少10%左右。因此，一些客戶已獲得分配，尤其是二線廠商。與此同時(shí)，在規(guī)模小、增速快基于碳化硅(SiC)晶圓的芯片，目前暫不短缺。但如果需求像預(yù)期的那樣，晶圓短缺對(duì)他們來(lái)說(shuō)也即將到來(lái)。

兩家最大的晶圓供應(yīng)商，日本SEH和Sumco，它們占據(jù)了超過(guò)50%的市場(chǎng)份額。下圖，Sumco在其2021財(cái)年業(yè)績(jī)報(bào)告中分享了300mm晶圓產(chǎn)能與需求預(yù)測(cè)。

圖3:20 20年2月全球300mm晶圓產(chǎn)能及需求預(yù)測(cè)。即使加上新增的棕地和新地，未來(lái)幾年客戶需求仍將超過(guò)全球晶圓產(chǎn)能。來(lái)源:Sumco

300毫米晶圓的大量投資產(chǎn)能的活動(dòng)正在進(jìn)行，但即便如此，需求仍將繼續(xù)超過(guò)供應(yīng)，未來(lái)幾年的供應(yīng)仍可能出現(xiàn)短缺。300mm晶圓需求是多樣化的。不僅僅是智能手機(jī)。它還包括數(shù)據(jù)中心、汽車、個(gè)人電腦、人工智能、工業(yè)產(chǎn)品、消費(fèi)品等等。

圖4:300mm晶圓的生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)。來(lái)源:Sumco

智能手機(jī)仍然是300mm晶圓的重要驅(qū)動(dòng)因素，但隨著行業(yè)轉(zhuǎn)變，對(duì)更多數(shù)據(jù)中心和汽車芯片的需求也在增長(zhǎng)。

全球第三晶圓供應(yīng)商GlobalWafers，曾計(jì)劃收購(gòu)Siltronic。該交易原本計(jì)劃在2022年1月完成，但由于政府批準(zhǔn)未果，交易被迫擱淺。GlobalWafers表示，他們?yōu)槭召?gòu)Siltronic撥出的約50億美元將用于產(chǎn)能擴(kuò)張。同時(shí)，Siltronic正在全力運(yùn)轉(zhuǎn)，并繼續(xù)推進(jìn)其在新加坡新建的300毫米晶圓廠“FabNext”的20億歐元投資。Siltronic德國(guó)弗萊堡工廠正在新建一個(gè)新的晶體生產(chǎn)車間，韓國(guó)SK Siltron也在300毫米晶圓制造領(lǐng)域投入巨資。2022年3月，該公司宣布在富美國(guó)家3d工業(yè)園區(qū)投資約12億美元興建晶圓廠。

300mm晶圓市場(chǎng)供不應(yīng)求，或許在2024年稍有緩解?？墒?00mm晶圓會(huì)一直持續(xù)供不應(yīng)求。SEMI總裁兼首席執(zhí)行官Ajit Manocha表示:“晶圓制造商將在五年期間新增25條200毫米生產(chǎn)線，以幫助滿足5G、汽車和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備等應(yīng)用日益增長(zhǎng)的需求，這些設(shè)備依賴于模擬、電源管理和顯示驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)、mosfet、微控制器單元(mcu)和傳感器等設(shè)備。”雖然，芬蘭晶圓供應(yīng)商Oketic已宣布擴(kuò)大200mm晶圓產(chǎn)能，但仍然不足以滿足市場(chǎng)所需。Oketic的客戶將其晶圓用于智能手機(jī)、便攜式設(shè)備、汽車電子、工業(yè)過(guò)程控制和醫(yī)療應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)以及各種解決方案中的芯片，以提高電力使用和效率。SEMI報(bào)告顯示，今年全球200毫米晶圓廠產(chǎn)能中，晶圓廠將占50%以上，模擬晶圓廠占19%，分立/功率晶圓廠占12%。從區(qū)域來(lái)看，中國(guó)將在2022年以21%的份額領(lǐng)先世界2億立方米的產(chǎn)能，其次是日本，占16%，臺(tái)灣和歐洲/中東各占15%。對(duì)于200毫米晶圓的短缺，Gartner研究、技術(shù)和服務(wù)提供商副總裁Samuel T. Wang總結(jié)道:“這還沒(méi)有結(jié)束的跡象?！薄爸袊?guó)可能是唯一的解決方案?！?/p>

目前，中國(guó)至少有十幾家晶圓供應(yīng)商迅速崛起，正在為其晶圓供應(yīng)商制定積極的目標(biāo)。雖然質(zhì)量還有待提高，但已經(jīng)有供應(yīng)商提供適合90nm生產(chǎn)的200mm和300mm晶圓。它們包括ESWIN、杭州半導(dǎo)體晶圓有限公司（隸屬于日本鐵鐵集團(tuán)）、NSIG（國(guó)家硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，該集團(tuán)是Soitec、oketic、ZingSemi和Simgui的投資者，后者與Soitec合作生產(chǎn)RF-SOI晶圓等）、重慶先進(jìn)硅科技有限公司(“AST”)和南京國(guó)盛電子有限公司。

中國(guó)真正推動(dòng)發(fā)展的是化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。碳化硅(SiC)晶圓被用于電力應(yīng)用市場(chǎng)，當(dāng)前可能出現(xiàn)了一定的供應(yīng)短缺。碳化硅晶圓的制造比硅晶圓慢得多、能耗高得多、成本高得多。SiC晶圓(鑄錠)通常需要數(shù)周時(shí)間在比硅晶圓熱兩倍的熔爐中生長(zhǎng)，每晶圓只產(chǎn)生約50片晶圓，產(chǎn)量損失在30%范圍內(nèi)，成本是硅晶圓的20 - 50倍。但由于SiC芯片在解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程焦慮(以及其他與動(dòng)力相關(guān)的挑戰(zhàn))方面的前景，SiC目前是競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的一個(gè)來(lái)源。為此，SiC領(lǐng)導(dǎo)者Wolfspeed剛剛在紐約州北部開(kāi)設(shè)了世界上最大的碳化硅工廠，并正在擴(kuò)大其北卡羅來(lái)納州的材料工廠。同時(shí)，SOI晶圓制造商Soitec正積極研發(fā)Smart Cut技術(shù)，從SiC晶圓中獲得比目前可能的晶圓數(shù)量多10倍的晶圓。它們最新的晶圓工廠預(yù)計(jì)在2023年下半年首產(chǎn)。

圖5:所有應(yīng)用領(lǐng)域的碳化硅晶圓需求。到2020年，SiC晶圓的需求將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)供應(yīng)。來(lái)源:Canaccord Genuity

當(dāng)整個(gè)芯片行業(yè)都出現(xiàn)了嚴(yán)重的短缺，每個(gè)領(lǐng)域都能感受到這種短缺。公司正在儲(chǔ)備設(shè)備、材料，甚至是制造設(shè)備。只有芯片行業(yè)形成整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)閉環(huán)之后，最終能夠進(jìn)行認(rèn)真而富有成效的談判。供應(yīng)鏈上的所有參與者才能獲得相互盈利所需的可見(jiàn)度和信任。否則，這個(gè)行業(yè)就有可能陷入一場(chǎng)不斷加深的危機(jī)。

審核編輯：符乾江