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从全民炼钢到全民半导体 晶圆厂与硅晶圆我们是否都需要?

作者:时间:2017-12-29来源:集微网收藏

  当前,中国半导体市场规模已超过北美市场,成为半导体市场规模最大的地区。2016年我国半导体产业实现销售额为6378亿元人民币,实现了14.77%的增长率;我国半导体市场需求规模也从2008年的6896亿元人民币增长至2016年的13859.4亿元。中国半导体市场规模的飞速发展,带来的是强烈的市场需求。预计2018年,我国半导体市场需求规模将达到15940.3亿元人民币。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201712/373777.htm

  巨大的需求带来中国大陆制造“建厂潮”。紧跟国际半导体产业转移趋势,国内外众多制造商选择在中国大陆投资扩产。SEMI数据显示,中国厂建设支出2017年将达到60亿美元,2018年将达到66亿美元。过去两年间,全球新建17座12寸晶圆制造厂,其中有10座位于中国大陆;从2017年到2020年,预计全球新增半导体产线62条,这62条产线中有26条位于中国大陆,占总数的42%。预计2018年投产的新建12寸厂有计划月产能7万片的中芯国际(上海)、计划月产能8.5万片的格芯(成都)和计划初期月产2万片晶圆的台积电(南京)等。

  建厂潮还未停止。12月5日三安光电与福建泉州、南安签署333亿投资协议,建设高端氮化镓 LED 衬底、外延、芯片的研发与制造产业化项目;高端砷化镓LED外延、芯片的研发与制造产业化项目;大功率氮化镓激光器的研发与制造产业化项目;光通讯器件的研发与制造产业化项目;射频、滤波器的研发与制造产业化项目;功率型半导体(电力电子)的研发与制造产业化项目;特种衬底材料研发与制造、特种封装产品应用研发与制造产业化等七个项目,并于12月26日开工。

  12月18日,厦门海沧与杭州士兰微在厦门共同签署战略合作框架协议。按协议约定,项目总投资220亿元,规划建设两条12英寸特色工艺芯片生产线及一条先进化合物半导体器件生产线。12月26日,广州粤芯半导体项目动工,项目总投资约70亿元,月产3万片12英寸晶圆芯片,达产后销售收入100亿元,带动上下游企业形成1000亿元产值,预计2019年上半年建成投产。

  

  更多的新晶圆厂意味着在未来几年将会有新一轮的晶圆设备投资。不仅如此,晶圆代工领域可以说是一个技术与资金双密集的产业,建造一条12寸产线的投资高达几十亿美元。根据集邦咨询调查显示,以一座初期月产能约10k的28nm新晶圆厂为例,其折旧成本占整体营收约为49%,相对于一线晶圆代工厂折旧成本占比约23.6%,以及二线厂的25%,新厂折旧成本高出近一倍。而间接人员成本方面,由于新厂的关键技术人力不足,必须仰赖至少高于市场行情2~3倍的薪资吸引专业技术人才,藉此提升客户关系及缩短产品量产的学习曲线,集邦咨询估算,新厂的间接人员成本比重达34%,远高于一线厂与二线厂的10.2%与17.5%。

  投资规模如此之大,如雨后春笋般不断蹿出的晶圆厂引发了业界的担心:现有的厂的产能利用率都开始走低,甚至过剩,又拿什么来填这些新厂的产能?芯谋研究分析师顾文军评论说,国际12寸厂的产线利用率现在都开始走低了,也就是说现在12寸Fab产能已经开始走低了,现在12寸产能已经开始过剩,国际上几家12吋Foundry产能利用率已经开始走低,国内更是集中在低端靠低价厮杀,怎么还有那么多人愿意做Foundry?从全民炼钢到全民半导体,过犹不及,各地政府或许应该审慎思考自己地区是否适合发展半导体产业了。

  市场、产能、工艺转换引发硅晶圆市场暴涨

  与晶圆厂相对应的,是中国发展自主硅晶圆产业的热情同样高涨。根据IC Insights数据显示,截至2016年12月底为止,全球晶圆产能(按照8寸晶圆计算)达到1711.4万片/月,其中中国大陆产能全球市场占有率为10.8%;预计IC制造晶圆产能(按照8寸晶圆计算)在2018年和2020年能分别达到1942万片/月和2130万片/月,预计2015年到2020年之间符合年均增速为5.4%。而大陆的晶圆代工份额将从2015年的9.3%增长至2020年的19.2%。预计到2020年,大陆晶圆制造产能将达到405万片/月。在巨大的市场需求推动下,迸发了今年硅晶圆价格的持续上涨及供不应求。

  

  全球硅晶圆需求 (2016~2020F, SUMCO)

  助推硅晶圆涨势的另一个原因是过去十年来硅晶圆市场需求稳定增长。2016与2007年相比,制造一颗IC面积减少了24%以上,2016年IC面积0.044平方英寸/颗,而2007年0.058平方英寸/颗,1年约减少2~3%。但来自终端需求成长,带动硅晶圆需求量每年约成长5~7%,故整体硅片面积每年呈3~5%的成长。供应商基本没有扩充产能,今年需求一下子爆发,自然没有充足产能可以应对。据DIGITIMES的数据,自2006年至2016年上半,半导体硅晶圆产业历经长达10年的供给过剩,大多数硅晶圆供货商获利不佳,使得近年来供给面端动作相当保守,导致2017年起12寸及8寸硅晶圆陆续出现供给吃紧状态,估计2017年第4季12寸硅晶圆平均售价可望较2016年同期成长20~30%,2018年第4季较2017年同期将再成长20~30%。

  在硅晶圆领域,产业聚集效应也非常明显。目前全球硅晶圆厂商以日本、台湾、德国等五大厂商为主,包括日本信越、日本胜高SUMCO、环球晶圆、德国Siltronic、韩国SK Siltronic,前五大供应商囊括约98%的市场份额。而在1998年的时候,全球还有超过25家供应商。如今五大厂产能已满载,但业界估计全球12寸硅晶圆单月潜在需求量达600万片以上。

  

 

  大陆方面,小尺寸4~6寸硅晶圆(含抛光片、外延片)上的年产量约为5,200万片,基本已自给自足。而8寸和12寸的自给率仍很低,12寸硅晶圆几乎没有。目前具8寸硅晶圆及外延片量产包括浙江金瑞泓、昆山中辰(台湾环球晶圆)、北京有研总院、河北普兴、南京国盛、中国电科46所以及上海新傲,合计月产能为23.3万片。目前大陆对8寸月需求量约80万片,预估2020年将达到750万~800万片。12寸硅晶圆则几乎全数依赖进口,因为自制能力仍不足,目前大陆的月需求为50万片,预计2018年月需求达110万~130万片。

  在缺货涨价常态下,占市场领导地位的晶圆厂纷纷抢下硅晶圆产能,而硅晶圆供应商也是优先保证这些大客户。例如台积电和联电抢下硅晶圆产能,分别与两大日系硅晶圆供应商签订短中期合约,甚至传闻台积电为确保供货已与硅晶圆厂协商未来2年合约,其中2018年涨幅达2成;美光、英特尔、格芯等也早已提前签约包下产能等等。

  对于大陆客户未来3年开出的新产能,硅晶圆厂要求价格从135美元起跳来谈,且要求先付一大笔保证金,除了对大陆半导体厂拉高买卖门槛,更对于其他半导体厂建立报价底线,若不肯接受110~120美元价格,很多陆厂愿意付更高价格包下产能。这样一个供不应求并且寡头垄断的硅片市场, 突出的供需矛盾将倒逼硅片国产化。投建大硅片项目对我国半导体产业的意义就是上游(原材料端)的自主可控。

  中国硅晶圆厂投资情况

  与晶圆代工不同的是,盖一座新硅晶圆厂产能至少要10万片,而成本需4~5亿美金,硅晶圆样品出来后,后续还需晶圆厂、封测厂等下游产业链测试认证。盖厂加认证,估计1.5~2年才能量产,而目前再投资是要投资12寸还是18寸也会是厂商考量重点。

  据集微网不完全统计,目前国内至少已有9个硅片项目,包括上海新昇、重庆超硅、宁夏银和、浙江金瑞泓、郑州合晶、宜兴中环晶盛项目、西安高新区项目等。合计投资规模超520亿元人民币,正在规划中的12寸硅片月产能已经达到120万片,远期看可缓解硅片缺货的问题,预计未来大硅片行业未来几年仍将会有新玩家加入。

  

  国内外半导体硅晶圆产能对比情况(前瞻产业研究院)

  目前,大陆8英寸硅晶圆已有产线的月产能共计70万片/月,兴建中的产能为26.5万片/月。具备8英寸生产能力的有浙江金瑞泓、昆山中辰(台湾环球晶圆子公司)、北京有研总院,合计月产能为9.3万片/月,远远达不到需求。12英寸方面,目前中国的总需求约为42万片/月,预计到2018年总需求为109万片/月。目前大陆还不具备12英寸电子级硅片的生产能力,最快也要到2017年底。上海新昇半导体预计完成第一期产品投产,计划月产15万片,到2020年第二期产品投产,计划月产30万片,与庞大的需求相比远远不够。

  今年7月总投资30亿元、一期投资15亿元的宁夏银和180万片8英寸半导体硅抛光片项目6日在银川市经济技术开发区投产。此项目研发了具有自主知识产权的40—28nm和16nm制程8英寸半导体抛光片制造技术,并为下一阶段12英寸半导体抛光硅片制造技术研发奠定了基础。

  9月,Ferrotec(中国)公司与杭州大江东产业集聚区签署投资协议,建设月产30万片8英寸半导体硅抛光片项目和月产20万片12英寸半导体硅抛光片项目(杭州中芯晶圆大硅片项目),总投资60亿元。计划通过新投资项目的实施,形成8英寸和12英寸半导体大尺寸硅片的规模化生产能力。

  11月,晶盛机电斥资5亿元与中环股份等在宜兴市建设集成电路用12英寸大硅片生产与制造项目,总投资约30亿美元。

  12月9日奕斯伟硅产业基地项目签约仪式在西安举行。本次的硅产业基地项目由西安高新区与北京芯动能公司、北京奕斯伟公司三方共同投资,项目总投资超过100亿元。其中北京芯动能投资管理有限公司由京东方科技集团股份有限公司、国家集成电路产业投资基金股份有限公司、北京亦庄国际产业投资管理有限公司和专业团队共同于2015年发起成立。本次巨头步入硅产业投资,未来有望打破半导体硅片产业完全依靠进口的局面。

  虽然硅晶圆厂投资规模没有晶圆厂那么大,也有担心这些项目达产是否会造成市场供应过剩,从而导致硅晶圆价格雪崩?

  对此,业内人士表示,如果上述项目都能实现量产目标,8英寸硅片确实会出现产能过剩;但由于需求持续增加及工艺复杂,能量产12英寸硅片的厂家不会太多,预计在该领域不会出现产能过剩。因为12英寸大硅片对技术和工艺要求非常高,其最大的技术难点就是长晶技术。

  目前,轻掺硅片市场占比约70%,对晶体的缺陷和金属杂质含量非常敏感,只有全球前四的厂家才有量产技术。比如韩国LG现在也只能做到40%至50%的良率,而要达到87%以上良率,项目才有可能盈利,目前仅有重庆超硅、上海新昇真正开始走上生产12英寸大硅片的技术道路。



关键词: 晶圆

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