晶圓廠過(guò)剩：今年底前啟動(dòng)建置19座，2022年再工建設(shè)十座

全球芯片荒未解，從電子產(chǎn)業(yè)到汽車產(chǎn)業(yè)全都受到影響，各國(guó)政府為了降低供應(yīng)鏈過(guò)度依賴亞洲的狀況，紛紛加強(qiáng)投資當(dāng)?shù)匕雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)的力道，不過(guò)也因?yàn)槲磥?lái)三年內(nèi)將有大量產(chǎn)能同時(shí)開(kāi)出，市場(chǎng)認(rèn)為芯片供不應(yīng)求的風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)增加，尤其是目前短缺最嚴(yán)重的成熟制程。

日經(jīng)亞洲評(píng)論報(bào)導(dǎo)，隨著大陸、美國(guó)、日本等國(guó)加強(qiáng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)助，國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SEMI)認(rèn)為，在2022年底前全球?qū)⒔ㄔO(shè)29座新晶圓廠，明年全球?qū)Π雽?dǎo)體設(shè)備的投資接近1000億美元，這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)都寫(xiě)下歷史新高。這些新廠全部產(chǎn)能開(kāi)出后，每月共可生產(chǎn)260萬(wàn)片約當(dāng)8吋晶圓，相當(dāng)于增加超過(guò)一個(gè)臺(tái)積電目前總產(chǎn)能規(guī)模。

SEMI指出，29座晶圓廠，其中今年底前會(huì)啟動(dòng)建置19座，2022年再開(kāi)工建設(shè)另外十座，其中，臺(tái)灣與大陸各有八個(gè)晶圓新廠建設(shè)案，領(lǐng)先其他地區(qū)，其后依序是美洲六個(gè)，歐洲/中東三個(gè)，日本和韓國(guó)各二個(gè)。

SEMI表示，新廠動(dòng)工后通常需時(shí)至少二年，才能達(dá)到設(shè)備安裝階段，因此多數(shù)今年開(kāi)始建造新廠的半導(dǎo)體制造商，最快也要2023年才能啟裝，不過(guò)有些制造商可能提前在明年上半年就會(huì)開(kāi)始相關(guān)作業(yè)。

從芯片到半導(dǎo)體的全流程中，首先需要EDA設(shè)計(jì)，但是這一部分很多時(shí)候都由需求方已經(jīng)完成，比如英特爾、華為海思。芯片設(shè)計(jì)以計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)于特定目標(biāo)芯片完成適配編譯、邏輯映射和編程下載。

然后就進(jìn)入晶圓制備流程，當(dāng)臺(tái)積電上世紀(jì)提出專業(yè)的晶圓集成生產(chǎn)理念后，以其為代表的Foundry產(chǎn)業(yè)技藝逐步精細(xì)，最后成為晶圓制造帝國(guó)。

自然界不存在高純度的硅，因此在使用單晶硅開(kāi)始制作芯片之前，晶圓廠需要先提純硅。硅是積體電路的主要材料，只要加入一些元素，比如砷、磷、硼，就可以改變硅材料的導(dǎo)電能力及特性。為了達(dá)到集成電路對(duì)于硅晶圓的敏感度與均勻度的高標(biāo)準(zhǔn)要求，晶圓廠需要將多硅晶圓高溫加熱，再通過(guò)速度與溫度的調(diào)整，拉伸出圓柱狀的晶棒，研磨好外層之后，切出薄薄的硅晶圓。

有了這片薄薄的硅晶圓，接下來(lái)才真正進(jìn)入集成電路的制造流程。在之前的芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)師已經(jīng)將每一層的電路圖寫(xiě)在光罩上，晶圓蛻變之路繼續(xù)。

以臺(tái)積電為例，一個(gè)晶圓廠的布局大概分為7個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)功能不同：

1. 爐管區(qū)。在爐管區(qū)，以高溫反應(yīng)的方式，在硅晶體上形成一層硅化合物。這層化合物附著性好，為之后的打磨和刻蝕做準(zhǔn)備。

2. 離子植入?yún)^(qū)。該區(qū)將離子植入晶圓特定區(qū)域內(nèi)，達(dá)到改變特定區(qū)域晶圓導(dǎo)電或者不導(dǎo)電的特性。

3. 化學(xué)氣相沉積區(qū)。該區(qū)域利用化學(xué)反應(yīng)將反應(yīng)氣體生成固態(tài)，并沉積在晶片表面，形成薄膜。

4. 微影區(qū)。生長(zhǎng)了薄膜的晶圓，進(jìn)入圖案轉(zhuǎn)錄的微影區(qū)，表面涂抹光刻膠，成為光阻。將其放置于光下進(jìn)行曝光?，F(xiàn)在，硅晶圓表面一部分曝光，一部分沒(méi)有曝光。

英特爾CEO帕特·基辛格(Pat Gelsinger)在今年三月份的活動(dòng)中，分享了“IDM 2.0”愿景，創(chuàng)建了英特爾代工服務(wù)(IFS)，這是英特爾IDM模式的重大革新。為了加速實(shí)現(xiàn)IDM 2.0戰(zhàn)略，英特爾將大幅度擴(kuò)大產(chǎn)能，此前已投資約200億美元，在美國(guó)亞利桑那州的Octillo園區(qū)新建兩座晶圓廠(Fab 52和Fab 62)。

對(duì)于英特爾龐大的產(chǎn)能擴(kuò)充計(jì)劃來(lái)說(shuō)，200億美元的投資只是其中的一小部分。事實(shí)上，英特爾原計(jì)劃的整體投資規(guī)模將超過(guò)2000億美元，包括在美國(guó)和歐洲地區(qū)建設(shè)新的晶圓廠，以及在世界各地升級(jí)相關(guān)設(shè)施，比如近期英特爾就投資70億美元在馬來(lái)西亞建造一間新的芯片封裝和測(cè)試工廠，以加強(qiáng)全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體生產(chǎn)能力。

英特爾高達(dá)2000億美元的計(jì)劃原定于今年年末公布具體方案，主要涉及美國(guó)和歐洲地區(qū)的大規(guī)模新建項(xiàng)目。不過(guò)據(jù)TomsHardware報(bào)道，目前英特爾已經(jīng)將時(shí)間推遲到2022年初，這可能牽涉到項(xiàng)目中遇到的復(fù)雜問(wèn)題，需要考慮諸多因素的影響，比如這種大規(guī)模投資涉及到政府的補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠等政策。

此前英特爾曾宣稱，會(huì)在美國(guó)興建一座半導(dǎo)體制造中心，新的制造基地會(huì)擁有6到8個(gè)半導(dǎo)體制造模塊，使用英特爾最先進(jìn)的制造技術(shù)(4nm或3nm工藝)和芯片封裝(比如EMIB和Foveros封裝技術(shù))設(shè)施，而且會(huì)有一座專用的發(fā)電廠。每個(gè)半導(dǎo)體制造模塊的成本會(huì)在100億至150億美元之間，帕特·基辛格表示將計(jì)劃投資1000億美元。

以半導(dǎo)體制造商已安裝產(chǎn)能來(lái)看，全球12寸晶圓產(chǎn)能的主要貢獻(xiàn)者是DRAM與NAND快閃記憶體制造商，以三星(Samsung)排名第一，其他排名前十大的業(yè)者包括美光( Micron)、SK海力士(Hynix)、東芝(Toshiba)/WD (收購(gòu)SanDisk);此外還有幾家純晶圓代工廠商臺(tái)積電(TSMC)、GlobalFoundries、聯(lián)電(UMC)、力晶(Powerchip)與中芯國(guó)際(SMIC)，以及英特爾(Intel)。

這些半導(dǎo)體業(yè)者提供能從最大尺寸晶圓取得最大利益、能最大攤銷每顆裸晶成本的IC類型，并因此能繼續(xù)投資大量金錢(qián)以新建或改善12寸晶圓產(chǎn)能。

以排名來(lái)看，前三大分別是三星市占率22% 排名第一，美光與海力士同以市占14% 居次，臺(tái)積電與海力士并列第三，市占率都是13%。

其后依序?yàn)橛⑻貭?、格羅方德、聯(lián)電、力晶及中芯，市占率分別是7%、6%、3%;其中，力晶與中芯市占率皆為2%。

臺(tái)積電今年產(chǎn)能規(guī)模持續(xù)成長(zhǎng)，根據(jù)臺(tái)積電年報(bào)資料顯示，臺(tái)積電今年整體晶圓產(chǎn)能產(chǎn)出約可達(dá)1000-1100萬(wàn)片約當(dāng)12吋晶圓，比去年成長(zhǎng)1成，臺(tái)積電也持續(xù)投資擴(kuò)產(chǎn)，除已登陸南京設(shè)立12吋晶圓廠，預(yù)計(jì)后年下半年投產(chǎn)后，每月產(chǎn)能估可達(dá)2萬(wàn)片。

另外，國(guó)際半導(dǎo)體協(xié)會(huì)(SEMI) 也預(yù)期，未來(lái)晶圓代工產(chǎn)能將持續(xù)成長(zhǎng)，超越整體半導(dǎo)體業(yè)的成長(zhǎng)規(guī)模，而臺(tái)積電目前除積極迎接10 納米制程，近日科技部也證實(shí)，臺(tái)積電將斥資5000億元在南科高雄園區(qū)建立3、5 納米制程，預(yù)計(jì)2020 年開(kāi)始動(dòng)工，最快2022 年量產(chǎn)，一年可貢獻(xiàn)2000 億元以上營(yíng)收。