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半導體產業轉移至更大尺寸晶圓的腳步趨緩

2015-09-15 11:13:00 eettaiwan

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較大的晶圓直徑能在每片晶圓上生產更多的晶片，也能因為能減緩材料與制程成本增加幅度，使得晶片成本降低；在歷史上，轉移至更大的晶圓直徑帶來了每單位尺寸20%以上的成本降低幅度。不過龐大的財務與技術障礙，仍持續阻礙半導體制造往18寸(450mm)晶圓的發展與轉移；因此產業界往更大尺寸晶圓發展的腳步顯著趨緩，各家半導體業者也積極將12寸(300mm)與8寸(200mm)晶圓的利用效益最大化。

最新全球晶圓產能報告(Global Wafer Capacity 2015-2019)顯示，以晶圓片尺寸來看，全球半導體產能在2014年仍以12寸晶圓為主流，預期此趨勢將延續至2019年。雖然18寸晶圓技術的開發仍繼續有所進展，但其步伐在2014年明顯變慢；目前業界大多數人認為，18寸晶圓的量產預期在2020年以前不會發生──不過其試產可能會提前1~2 年。IC Insights估計，2019年18寸晶圓在整體裝機產能(installed capacity)占據的比例仍然非常小。

不同尺寸晶圓裝機產能比例

在大多數情況下，12寸晶圓會也將一直會被用以生產大量商用元件，例如DRAM與快閃記憶體、影像感測器與電源管理員建，以及晶片尺寸較大的復雜邏輯IC或零組件；在代工廠部分，則會透過結合來自不同的客戶訂單來填滿12寸晶圓廠產能。截至2014年底，全球有87座量產級晶圓廠是采用12寸晶圓(如下圖)；未計入的還有數座12寸研發晶圓廠，以及少數幾座生產“非IC”產品如影像感測器與離散元件的高產量12寸晶圓廠。

生產IC的12寸晶圓廠數量

     12寸晶圓廠的數量在2013年出現過一次減少的情況──該年度有三座分別由臺灣記憶體廠商茂德(ProMOS)與力晶(Powerchip)所營運的大型晶圓廠關閉，并將數座12寸新晶圓廠的開幕延遲到2014年。IC Insights估計，12寸晶圓廠數量的高峰將會落在115~120座──假設18寸晶圓廠將會在未來投入量產；至于量產8寸晶圓廠的最大數量則是210座(其數量在2014年底減少至154座)。

    擁有最多12寸晶圓產能的廠商，包括記憶體業者三星(Samsung)、美光(Micron)、SK海力士(Hynix)、東芝(Toshiba)/SanDisk，晶片龍頭/MPU大廠英特爾(Intel)，以及晶圓代工業者臺積電(TSMC)與GlobalFoundries；這些公司所供應的IC受益于利用最大尺寸的晶圓，可將每個晶片的制造成本做最好的分攤。

    采用8寸晶圓的晶圓廠在未來許多年將持續獲利；這些晶圓廠被用以生產大量不同種類的IC，包括特殊記憶體、顯示器驅動IC、微控制器、類比元件以及MEMS元件。上述這些元件利用已經完全折舊的8寸晶圓廠生產是很實際的，8寸晶圓廠過去也是被用來生產現在于12寸晶圓廠生產的元件。而臺積電、德州儀器(TI)與聯電(UMC)是三家目前擁有最多8寸晶圓廠產能的半導體業者。