200mm Fab 僧多粥少

来源: 日期:2018-05-23 点击: 588

200mm晶圆厂产能紧张,二手设备的短缺和利润率的下降意味着这个问题不会在短期内得到解决。

市场对模拟、MEMS和RF芯片的需求不断增长,导致200mm的Fab产能和设备严重短缺,而且没有丝毫减弱的迹象。

今天200mm的生产能力很紧张,预计2018下半年的情况会类似,也许到2019年会好一些。事实上,2018很可能是200mm产能短缺的第三个年头。这同样适用于200mm设备。

虽然需求的前景似乎是这个行业的亮点,但200mm产能短缺正给许多客户带来忧虑。200mm的市场虽然不涉及300mm晶圆厂生产的前沿芯片,但是200mm包含了在成熟节点上的200mm晶圆厂制造的大量器件,这些产品包括消费电子,通信集成电路和传感器。

在200mm,有许多复杂的驱动因素。其中:

IDM和IC设计公司希望满足在200mm晶圆制造芯片的需求。然而,目前还不清楚供应商是否能够满足所有需求,因为预计全球范围内的200mm Fab产能现在和未来都将保持短缺的态势。

作为回应,格罗方德,三星,中芯国际,TowerJazz,台积电,联华电子和其他商家正在争相增加或寻找200mm产能。同时,SkyWater Tech,一个新的代工厂商,已经加入了200mm竞争。

即使有200mm的可用产能,该行业也将陷入无法在市场上找到足够的200mm Fab设备的困境。

那样的话,由于无法保证足够的200mm产能或设备,一些芯片制造商正在重新考虑他们关于建造新的200mm晶圆厂的计划。作为替代,他们可能建立300mm工厂。

这是一个复杂的,焦虑的局面。“我们看到,200mm仍然超额认购,这对寻找额外的产能和上升空间是很有挑战性的。”联华电子业务副总裁Walter Ng说,“这通常是一个周期性,它现在已经成为200mm完全被占用的新规范,这是我们和业内其他人相信的事情。它不单是UMC的具体案例,这是一个全行业的情况。”

令人惊讶的是,200mm Fab的生产预计至少可以延续到2030左右。像以前一样,面临的挑战是200mm的设备采购仍然供不应求。

事实上,200mm的设备需求已经持续一段时间了,尽管有些芯片制造商由于权衡他们200mm的Fab计划在2018下半年略有停顿,地缘政治问题也是一个因素。“200mm的产能继续紧张,”SimCo研究公司董事总经理Joanne Itow说。“有趣的是,对200mm二手设备的需求已经消退了一点。”

01

200mm晶圆厂热潮

集成电路市场分为几个部分。在前沿部分,一方面芯片制造商正在300mm晶圆厂加紧生产16nm、14nm和更先进节点的芯片。另一方面芯片制造商也在300mm的FAB中生产16nm/14nm以上的芯片。

这两个300mm段正在扩大。 “除了由代工厂增加的逻辑产能之外,300mm产能大量增加是韩国和中国内存产品的增加,” SmiCo研究公司的分析师Adrienne Downey说。

但并不是所有的芯片都需要先进的节点。模拟、MEMS、RF等都是在晶圆尺寸为200mm和更小的FAB中生产的。对于许多这样的器件,200mm是一个有吸引力的Fab。

第一个200mm的Fab出现在1990年,晶圆尺寸成为多年的标准。随着时间的推移,芯片制造商在2000年开始向更先进的300mm晶圆厂迁移,200mm逐渐减少,到2007年200mm达到峰值后市场开始下降。

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图1、晶圆尺寸的相对差异 (来源:ICE)

然而,在2015年底,该行业看到了对200mm晶圆制造芯片的出乎意料的需求。这使得IC供应链吃紧,导致2016年和2017年的200mm产能短缺。进入2018年后,200mm产能持续紧张且看不到尽头。

尽管如此,200mm的需求让业界感到吃惊,迫使芯片制造商和Fab设备供应商更严肃地看待这项技术。例如,代工厂增加了200mm产能,采用了新的和改进的工艺。同时,几个Fab设备供应商开始生产新的200mm设备。

总体上看,投产的200mm Fab数量预计将从2016年的188个增加到2021年的202个。据SEMI分析师Christian Gregor Dieseldorff说,这个数字包括IDM和代工厂。

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图2、200mm晶圆厂数量增长(来源:SEMI)

中国正在建设新的200mm工厂。“我们目前正在跟进四座建在中国大陆的200mm晶圆厂。这些都是代工厂,做电源和微机电MEMS系统,”Dieseldorff说。“最近又有两家宣布做MEMS和功率集成电路,我们预计这些工厂将于今年年底和明年年底开工建设。”

一个典型的200mm Fab每月生产大约40000个晶圆。这些工厂使用不同的节点,从6微米到65nm。“在180nm/ 130nm / 110nm有很多机会,这取决于特定的应用,“联华电子的Ng说,“RF,尤其是射频SOI,正在推动大量的产能增长。还包括电源管理,也有像BCD这样的东西。”

200mm的应用正在激增。“我们看到了广泛的应用空间,”应用材料“200mm设备产品组“的战略和技术营销总监Mike Rosa说,“有电动汽车和ADAS(高级驾驶辅助系统),还有不断增加新功能的智能手机。”

由于这些器件的需求,200mm晶圆厂利用率的范围从“高到80%至90%左右”,对今天有些报道的100%,Rosa这样说。

根据SimiCo的iToW,2017年200mm晶圆需求增长了9.2%。“模拟、分立器件、单片机、光电传感器等都为200mm晶圆产能需求增加带来了驱动力,”Itow说。

2018,市场在某种程度上正在降温。 “2018对200mm晶圆的需求将回到4.2%的历史增长,”她说。

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图3:2018年200mm芯片需求的产品品类(来源:Semico研究)

降温的一个原因是FAB产能紧张,制造商无法扩张。另外,即使芯片制造商想要扩大,也缺乏足够的设备。

不过,预计200mm的产能紧张将会持续一段时间,尤其是在代工厂。 “200mm行业已经超额预订了,”格罗方德RF业务部高级副总裁Bami Bastani说,“很多东西并不需要先进的节点。”

例如,智能手机采用了领先的芯片,但这代表了一小部分的器件。“其余的是PMICs、模拟和BCD类的技术,”Bastani说。“你不想用这些产品中的更小的几何尺寸。其中许多产品。直到他们的寿命告罄,客户也不愿意离开他们。”

一般来说,顾客们更乐于使用便宜的200mm晶圆厂生产这些器件。但没有足够的200mm产能,而且利润率也低于300mm。

这对代工厂提出了一些挑战。首先,厂商必须不断投资,提升在200mm的各种工艺。一个例子是汽车,即使是在200mm的客户也想要提升工艺。“这个行业需要继续投资于新技术。看来我们开发这些技术的速度还不够快,”应用材料的Rosa说。

除了投资新的200mm工艺,代工企业必须找到一种方法来增加200mm产能。这里有一些选项:

获得一个有若干条200mm生产线的晶圆公司。

建立新的200mm工厂。

增加更多的200mm产能。

让客户从200mm迁移到300mm。

建造一个300mm晶圆厂替代200mm晶圆厂。

走收购路线也是一个想法。多年来,代工厂以收购公司获得技术和产能。但这是一个昂贵的选择。“任何人现在只要拥有一个8英寸晶圆厂和正在考虑出售将会得到一个好的溢价,“联华电子的Ng说。

另一个选择是建一座新的200mm晶圆厂。面临的挑战是装备设施和如何才能获得长期回报。“如果你打算投资更多的产能,问题是它是否有商业意义,”Ng说。“有很多应用驱动200mm产能增长。成本是一个重要的组成部分。你可以支持产能增长。但如果不是成本效益点,那就不符合要求了。”

许多代工厂不走这些路线,将芯片从200mm直接迁移到300mm。但这只针对某些产品、但并非所有产品都有意义。“我们正试图为200mm的客户找到解决方案,我们相信其中的一些有意义的客户将移动到300mm的平台,”他说。

对于另一些芯片客户来说,将它们迁移到300mm是没有意义的。 “200mm上的许多应用是非常成本敏感的。所以,做任何事情都是一个挑战,”他说。“例如,一些功率器件和分立器件不大会迁移到300mm。”

由于在200mm存在的这些问题,一些人甚至重新思考他们的200mm建厂计划。他们甚至开始酝酿要不要建一个300mm工厂,这也是一个昂贵的选择。“如果你选择300mm,你的设备成本得大大增加,”Rosa说。“这是在你开始考虑你可能需要的技术的可用性和准备性之前就要考虑的事情。”

同时,代工客户也面临一些挑战。除了确保从他们的供应商获得足够的产能,客户必须评估代工的发展前景蓝图。每一个代工厂是不同的,每个提供不同的产能。

另外,在这个舞台上也有一些新的进入者。去年,SkyWater收购了CyPress半导体在布卢明顿的200mm Fab,此前,CyPress在布卢明顿的Fab提供代工服务。

随着这家工厂的收购,SkyWater可以提供一个经典的代工服务,它定位为一个特殊的代工厂, 具有CMOS工艺以及生物技术、硅光子学、量子计算和超导技术。

SkyWater有一座200mm晶圆厂和0.35微米、90nm和其他工艺。“如果你看其他一些代工厂,他们有非常高的产量,但他们不喜欢定制。定制能力意味着需要你支付更多钱。根据你的尺寸,他们可能会不感兴趣,”SkyWater总裁Thomas Sonderman说。

“我们必须有在一个高产能的环境下做开发的能力。CyPress拥有它时,Fab掌握的其中一件事就是能够以更低的产量做高混合的产品,并且仍然具有世界级的产能。”Sonderman说。“通过我们的模式,我们可以为客户提供合适的产量和非常有竞争力的价格。但我们在提供ASIC能力和专业技术能力方面仍然做得很好。”

02

需求:200mm装备

然而,IDMs和代工厂想扩大自己的200mm产能。你在哪里可以买到200mm设备?

芯片制造商可以从Fab设备制造商、二手设备公司、经纪商或通过易趣网等在线网站购买二手设备。一些芯片制造商也在公开市场出售二手设备。

近几年来应用材料,ASML,KLA-TENCOR,LAM研究,TEL等设备制造商一直在生产新的200mm设备。

2018年初,该行业需要大约2000个新的或翻新的200mm设备来满足工厂的需求,根据一家二手设备提供商surplusglobal的统计。根据SurpulsGung,在2018年初,市场上只有500台可用的200mm设备。

“我们仍然相信这是真的。我们一直看到的是200mm的需求不满足,” SurplusGlobal的欧美执行副总裁Emerald Greig说。 “IDMs和中国肯定是驱动因素,即使我们看到在美国和欧洲也有需求。”

这个周期不同的是,200mm的设备需求前景在2018下半年看起来不确定。“我们看到由于地缘政治因素下半年略有放缓,”Greig说,“由于对200mm或300mm设备的重新评估,我们看到市场略有停顿。”

其他人则报更乐观态度。“市场真的很强,”Rosa说。“在200mm的时间里,我们至少有一年是最强的一年。”

不管短期前景如何,预计200mm将持续一段时间,因此Fab管理者必须采购设备和备件以满足需求。从供应商那里购买200mm工具归结为几个因素:质量、信誉和服务。即便如此,购买设备也存在挑战,无论是从OEM、二手设备供应商或其他地方。

“二手市场的核心可以在每一个国家。在范围的一端,它可以是原始的。另一端可以被分类为“照现在的样子(不再作修理或改进)”,并且在两者之间什么都有,”Rosa说。“然而,我们现在看到的200mm平台可用性正在枯竭。那有什么作用呢?这增加了交货时间,迫使二手设备价格上涨。”

并非所有的200mm设备供应商都是一样的。有些提供新的设备,而有些提供翻新设备,甚至还有公司出售不合格或根本不起作用的系统。

“有两种对设备的要求。有纯添加设备的,如果它只是一个产能的增加,这将是简单的,”Rosa说。“如果这是一个需要新技术的产能增加,那么你不会在二手市场找到这个的。”

在应用时,Fab设备供应商制造新的200mm设备,并会在不同的阶段重新整修它们。通常它是一个按订单生产的业务,交货期从12到16周不等。

在某些情况下,应用将从头开始构建一个新的200mm设备。“这增加了交货时间和价格,”他说。“我们看到设备的ASPs仅仅接近它们在200mm的应用。”

其他人也看到了这个领域的增长。“在可预见的未来我们看到了200mm业务的持续实力。我们的规划范围是到2030年,有一些迹象表明日期可能会进一步延长。这就是为什么我们继续大力投资技术、生产力改进和过时的解决方案。,”Lam研究的可靠性产品副总裁兼总经理Evan Patton说。

200mm设备需求旺盛,尽管Lam跟上了订单率。“虽然二级市场上使用的设备可能短缺,但在Lam的投资组合中并不缺少200mm设备,”Patton说。

Lam是开发新的200mm和翻新设备商,如蚀刻,沉积,和清洗设备。“我们正在开发新的设备,以使汽车、物联网和射频市场的先进器件成为可能。”他说。

200mm设备热潮将持续多久仍然是一个问题。现在、今年和明年的生意看起来不错。“我们认为2019年是设备供应商和IDMs的又一个强劲年份。随着IDMs试图将新设备挤进生产车间,Fab空间变得越来越紧,”TEL高级副总裁Kevin Chasey说。

“TEL通过解决设备效率和可用性来应对这一需求。为了提高效率,TEL正在发布旨在改善传统安装基础的OEE(整体设备效率)硬件和软件升级,“Chasey说。“此外,TEL正在重新开发更新设备平台,确保我们的客户在未来十年乃至以后都有一个现代化的、完全支持的设备集。”

TEL提供200mm系统,如沉积、蚀刻、清洗和轨道。许多平台都能运行100mm/200mm的晶片衬底。

虽然200mm的设备需求看起来是健康的,但供应商密切关注可能影响订单率的情况。“由于预计200mm晶圆将持续增长到2021年,我们预计未来几年对200mm产能的需求将持续增长。” KLA-Tencor营销高级总监Ian O'Leary说。

“最终,200mm段中的一些需求驱动,当前与更大的设计规则器件相关联,可能会转移到300mm晶圆和前沿节点,” O'Leary说。“一个例子是各种各样的汽车芯片迅速增长的需求,跨越低端到高端的应用。对于汽车芯片来说,从200mm到300mm的转换一直是缓慢的,由成本分析决定,但我们继续密切关注这些趋势,使我们的业务与市场需求保持一致。”

不过,汽车设备制造商仍将需要200mm,特别是在缺陷检测领域。在汽车领域,OEM要求芯片的零缺陷率。

通常,设备制造商使用晶圆检测设备来检测缺陷。 “在这个领域,许多300mm晶圆厂需要的工具模型200mm的Fab也需要,”他说。

为了在1nm工艺中发现潜在缺陷,Fab需要有65纳米的缺陷检测能力。所以,KLA-TUNCOR需要建立一个具有300mm能力的200mm检查设备。

显然,200mm仍将停留在这里。在很长时间内,许多芯片都将需要200mm工厂中的成熟工艺。然而,仍有待观察的是,该行业是否能够在供应链中获得足够的支撑。

文章译自:

SEMICONDUCTOR ENGINEERING,By Mark LaPedus


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