無解的硅片
無解的硅片
來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 作者：瘋狂的芯片
本周，SEMI發(fā)布了年度半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)硅片出貨預(yù)測報告，預(yù)估今年硅片出貨量增長幅度將達13.9%，逼近140億平方英寸。
SEMI預(yù)估全球硅片出貨量將一路走強至2024 年，預(yù)期2022年出貨量將增長 6.4%、達到148.96億平方英寸，2023 年、2024 年出貨量將分別增長4.6%、2.9%，年年改寫新高。
硅片大廠相繼對產(chǎn)業(yè)后市釋出樂觀展望，各大硅片廠相繼擴產(chǎn)，新產(chǎn)能有望在2~3年后陸續(xù)釋放，在產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)走高的情況下，半導(dǎo)體廠積極提高庫存水位，而未有新產(chǎn)能加入市場的空窗期，成為各晶圓代工廠爭相“鎖定”產(chǎn)能的關(guān)鍵期，簽長約意愿也隨之增加。
以環(huán)球晶為例，該公司持續(xù)與客戶簽長約，長約期間最長已達 8 年，且價格上漲趨勢顯著，若以目前預(yù)付貨款來計算，相當(dāng)于在手訂單金額已超過千億元新臺幣。隨著市場對產(chǎn)業(yè)缺貨預(yù)期升溫，環(huán)球晶在手長約訂單比重，已逼近前一波硅片景氣高峰的2017~2018年，現(xiàn)貨急單也持續(xù)涌入，一路排到明年上半年，6英寸、8英寸和12英寸產(chǎn)能全線滿載。據(jù)了解，環(huán)球晶在 2017、2018年硅片處于景氣高峰時，長約比重最高達 7-8 成以上；為避免越晚簽長約，面臨的不確定因素越多，近來晶圓代工廠相繼確保后續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)能供給。
目前，環(huán)球晶長約比重已逼近當(dāng)時景氣高峰水平，且相較于當(dāng)時長約期間約 2-3 年，目前這一波景氣循環(huán)長約已拉長至5-8年。
除環(huán)球晶外，近來包括日本信越 (Shin-Etsu)、勝高 (SUMCO) 等硅片大廠，都看好產(chǎn)業(yè)供不應(yīng)求情況將延續(xù)至 2023 年；勝高也與客戶簽訂了5年長約，并將在日本建新廠擴產(chǎn)。
晶圓廠產(chǎn)能大幅增容
硅片如此強手，主要原因是全球晶圓廠產(chǎn)能供不應(yīng)求，且在不斷擴產(chǎn)增容中。
來自SEMI的數(shù)據(jù)顯示，全球半導(dǎo)體制造商將于今年年底前啟動建設(shè)19個新的高產(chǎn)能晶圓廠，2022年會再建10個，這樣，近兩年將有至少29個晶圓廠開建。其中，中國大陸和臺灣地區(qū)各有8個，其次是美洲6個，歐洲/中東3個，日本和韓國各兩個。這些新廠以12英寸晶圓廠為主，2021年有15個，2022年有7個。其它7個晶圓廠分別為4英寸、6英寸和8英寸廠。完成后，這29個晶圓廠每月可生產(chǎn)260萬片（8英寸約當(dāng)晶圓）。
在這29個晶圓廠中，15個為晶圓代工廠，月產(chǎn)能達3萬至22萬片（8英寸約當(dāng)晶圓）；4個是存儲器廠，這些新廠產(chǎn)能更高，每月可制造10萬至40萬片（8英寸約當(dāng)晶圓）。
12英寸晶圓方面，最大資本支出用在了存儲芯片（DRAM和3D NAND）上，預(yù)計2020到2023年的實際和預(yù)測投資額每年都將以高個位數(shù)增長，2024年幅度有望進一步擴大到10%。另外，用于邏輯芯片/MPU和MCU的投資在2021到2023年也將穩(wěn)步提高，特別值得關(guān)注的是功率器件，用在該類產(chǎn)品的投資增長幅度在2021年有望超過200%，而2022和2023年也將保持兩位數(shù)的增長率。
從2020下半年開始，各大廠商加快了12英寸晶圓廠的擴產(chǎn)步伐，多個項目紛紛上馬。
晶圓代工龍頭臺積電宣布2021年資本支出由之前預(yù)估的250-280億美元提升至300億美元，其中逾8成用于先進制程投資，而7nm、5nm、3nm、2nm這些制程產(chǎn)線都采用12英寸晶圓。
不久前，臺積電還宣布3年投資1000億美元擴建晶圓廠，并確認(rèn)將投資28.87億美元擴充南京廠28nm制程工藝產(chǎn)能，每月增加4萬片晶圓產(chǎn)量，主要用于生產(chǎn)汽車芯片。按照計劃，臺積電南京廠的28nm制程產(chǎn)能將于2022年下半年量產(chǎn)，2023年中達到4萬片晶圓/月的滿載產(chǎn)能目標(biāo)。目前，臺積電的南京工廠主要生產(chǎn)16nm芯片，月產(chǎn)能約為2萬片晶圓。
今年上半年，臺灣地區(qū)有多個晶圓廠項目上馬：3月下旬，力積電舉行了銅鑼12英寸晶圓廠動土典禮，總投資額達新臺幣2780億元，總產(chǎn)能每月10萬片，將從2023年起分期投產(chǎn)，滿載年產(chǎn)值超過600億元；南亞科宣布斥資3000億元新臺幣，在臺灣地區(qū)新北市泰山南林科技園區(qū)投資興建12英寸先進晶圓新廠，最快將于今年底動工，2023年完工試產(chǎn)。此座廠房將采用南亞科技自主研發(fā)的10nm級制程技術(shù)生產(chǎn)DRAM芯片，并規(guī)劃建置EUV生產(chǎn)技術(shù)，月產(chǎn)能約為45,000片晶圓；華邦電子董事會決議通過了12英寸晶圓廠資本支出預(yù)算案，核準(zhǔn)資本預(yù)算約新臺幣131億2,700萬元。該資本支出預(yù)算案主要用于高雄新廠，于2021年3月起陸續(xù)投資，并于2022年試運營。
在大陸地區(qū)，中芯國際先后宣布在深圳和北京新建晶圓廠。以深圳為例，依照計劃，中芯深圳將開展項目的發(fā)展和營運，重點生產(chǎn)28nm及以上的集成電路并提供技術(shù)服務(wù)，旨在實現(xiàn)最終每月約40,000片12英寸晶圓的產(chǎn)能。預(yù)期將于2022年開始生產(chǎn)。
此外，英特爾已經(jīng)確定在美國新建兩座12英寸晶圓廠，還要再歐洲建設(shè)8座新廠。
三星除了在韓國本土和美國新建12英寸廠之外，其在中國的投資力度非常大，主要表現(xiàn)在西安的存儲器廠。該公司也在緊鑼密鼓地在美國籌劃5nm制程新廠的選址，以與臺積電在美國一較高下。
不止12英寸，今年來，8英寸晶圓廠和產(chǎn)能狀況也非常惹人關(guān)注，因為市場需求出現(xiàn)了前所未有的高漲。
SEMI的統(tǒng)計報告顯示，全球半導(dǎo)體制造商從2020到2024年將持續(xù)提高8英寸晶圓廠產(chǎn)量，預(yù)計增加95萬片，增幅17%，達到每月660萬片的歷史新紀(jì)錄。未來幾年，晶圓制造商將增設(shè)22座8英寸晶圓廠，以滿足5G、汽車和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等高度依賴模擬、電源管理和顯示驅(qū)動IC、功率組件MOSFET、MCU及傳感器等器件的增長需求。
拉動硅片擴產(chǎn)
目前來看，全球五大硅片廠商占據(jù)了92%的市場份額，它們是日本信越（Shin-Etsu）、日本勝高（SUMCO）、中國臺灣環(huán)球晶（Global Wafer）、德國世創(chuàng)（Siltronic）和韓國SK Siltron。
面對晶圓廠的產(chǎn)能需求，以這五大巨頭為代表的硅片廠商也在擴產(chǎn)，但擴產(chǎn)速度與市場需求增速相比較為緩慢，且擴產(chǎn)主要集中于12英寸硅片。據(jù)SUMCO公司統(tǒng)計，2020 年，全球8英寸硅片總產(chǎn)能約為500萬片/月，產(chǎn)能規(guī)?；揪S持穩(wěn)定，12英寸硅片總產(chǎn)能約為600-700萬片/月，產(chǎn)能有所提升。2020年以后，即使基于現(xiàn)有廠房進行快速擴產(chǎn)，全球12英寸硅片的擴產(chǎn)空間也相對有限。
由于全球硅片廠商的擴產(chǎn)速度未能跟上市場需求的腳步，只要資金到位，擴充產(chǎn)能就成為當(dāng)務(wù)之急。
SUMCO公司CEO橋本真幸表示，他在半導(dǎo)體業(yè)摸爬滾打了20多年、芯片在如此長的時間呈現(xiàn)全球性短缺狀態(tài)是前所未見的。以8英寸硅片為主，涌入了超過該公司產(chǎn)能的訂單。就芯片用途來看，邏輯產(chǎn)品用12英寸硅片短缺，而更為短缺的是用于汽車的8英寸產(chǎn)品。
橋本真幸指出，當(dāng)前，最大的難題是沒有可用來增產(chǎn)的廠房。今后來自5G、數(shù)據(jù)中心芯片的需求將會上升，必須評估建造新工廠，才能滿足未來幾年市場對硅片的需求。
自2008年以來，SUMCO的增產(chǎn)投資都是擴增現(xiàn)有工廠的產(chǎn)能，未興建新工廠，今年宣布建造新廠，再次改寫了該公司歷史。
除了國際大廠，中國本土硅片企業(yè)的漲價和擴產(chǎn)也在進行。
特別是在12英寸硅片領(lǐng)域，中國本土市場份額低，大多依賴進口，多數(shù)國內(nèi)廠商已具備8英寸硅片的量產(chǎn)能力，但在技術(shù)積累和市場占有率方面與國際硅片大廠相比，存在較大差距。面對12英寸硅片市場需求激增，中國本土硅片企業(yè)大都在加緊布局，制定擴產(chǎn)計劃。代表企業(yè)包括滬硅產(chǎn)業(yè)、上海新晟、中欣晶圓和中環(huán)股份。
今年1月，滬硅產(chǎn)業(yè)披露定增預(yù)案，擬募資50億元投入12英寸高端硅片研發(fā)與先進制造項目、12英寸高端硅基材料研發(fā)中試項目。項目實施后，該公司12英寸硅片產(chǎn)能將達60萬片/月。
神工股份方面，自2016年起，該公司開始了8英寸硅片的研發(fā)工作，主要產(chǎn)品低缺陷硅片對標(biāo)日本信越同類產(chǎn)品，已產(chǎn)出粗磨硅片。
立昂微方面，今年3月，該公司發(fā)布了非公開發(fā)行股票預(yù)案擬募資52億，其中22.8億用于年產(chǎn)180萬片12英寸硅片，占總募資額的44%。完全達產(chǎn)后，立昂微12英寸硅片年產(chǎn)能預(yù)計擴大180萬片。立昂微還表示，國內(nèi)6英寸硅片出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況，該公司于2021年初上調(diào)了6英寸硅片價格。
中環(huán)股份表示，其硅片總產(chǎn)能規(guī)劃為：8英寸105萬片/月、12英寸62萬片/月。目前已建成產(chǎn)能8英寸硅片50萬片/月、12英寸7萬片/月。該公司稱其12英寸晶圓在關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品性能質(zhì)量取得重大突破，已量產(chǎn)并供應(yīng)國內(nèi)主要數(shù)字邏輯芯片、存儲芯片生產(chǎn)商。
結(jié)語
全球硅片市場都在擴產(chǎn)當(dāng)中，但總體還是處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，這一問題在短期內(nèi)恐怕難以解決。
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