深入解析：硅晶圓產(chǎn)能市場變革及趨勢

　　由于正在進(jìn)行或傳聞的交易并購的潛在影響，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈重要組成部分的硅晶圓正在面臨一些新挑戰(zhàn)。

　　其實(shí)這個(gè)行業(yè)里的并購已經(jīng)見慣不怪了，頻發(fā)的并購事件讓全球的半導(dǎo)體公司買少見少了。我們也知道，硅晶圓制造商的任務(wù)是將未加工的晶圓交給芯片制造商加工，后者將其做成相關(guān)的芯片。

　　盡管半導(dǎo)體的出貨量持續(xù)攀升，但在硅晶圓這個(gè)市場依然面臨嚴(yán)峻的價(jià)格壓力。

　　在今年八月份，***環(huán)球晶圓小吃大，宣布將SunEdison半導(dǎo)體收歸囊中。雖然這單交易還在等待各地政府的審批。如果這單交易一旦確定，新的環(huán)球晶圓將超過德國的Siltronic（13%），成為全球第三大的硅晶圓供應(yīng)商，根據(jù)2015年的數(shù)據(jù)，其市場占有率也會(huì)增長到17%。屈居兩大日本公司Shin-Etsu （27%） 和Sumco （26%）之后。

　　而在并購發(fā)生之前，SunEdison公司2015的市場占有率為10%，領(lǐng)先于韓國的LG Siltron（9%）、環(huán)球晶圓（7%）和法國的Soitec（3%）。

　　交易完成之后，環(huán)球晶圓不但擴(kuò)充了其300mm晶圓的產(chǎn)能，并將業(yè)務(wù)觸角伸到SOI晶圓業(yè)務(wù)，因?yàn)镾unEdison是全球最大的RF和FD-SOI芯片晶圓供貨商，其SOI晶圓客戶包括了GlobalFoundries 和 Samsung。

　　雖然硅晶圓市場已經(jīng)成熟到可以承受任何兼并，但全球的晶圓客戶還是在緊盯這單交易。市場分析機(jī)構(gòu)Sage Concepts的主席RichardWinegarner也表示，如果有一天Siltronic和 LGSiltron也賣盤，我們不需要感到驚訝。他還指出，由于硅晶圓業(yè)務(wù)的微薄收益，讓西方的生產(chǎn)者對這個(gè)業(yè)務(wù)失去激情，但正在學(xué)習(xí)的制造好晶圓的中國對此非常感興趣。

　　毫無疑問，這個(gè)行業(yè)是需要并購的。因?yàn)檫@樣的話可以促使晶圓的價(jià)格走向穩(wěn)定。SummitRedstone Partners.的分析師Jagadish Iyer表示。

　　晶圓的狂歡

　　硅晶圓是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，每一個(gè)芯片制造者都需要購買晶圓。晶圓這個(gè)產(chǎn)業(yè)是從多晶硅開始的。而多晶硅是在石英坩堝里面融化的。

　　我們知道，在固體材料中，有一種特殊的晶體結(jié)構(gòu)──單晶（Monocrystalline）。它具有原子一個(gè)接著一個(gè)緊密排列在一起的特性，可以形成一個(gè)平整的原子表層。因此，采用單晶做成晶圓，便可以滿足以上的需求。然而，該如何產(chǎn)生這樣的材料呢，主要有二個(gè)步驟，分別為純化以及拉晶，之后便能完成這樣的材料。

　　純化分成兩個(gè)階段，第一步是冶金級純化，此一過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化硅轉(zhuǎn)換成98%以上純度的硅。大部份的金屬提煉，像是鐵或銅等金屬，皆是采用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是，98%對于晶片制造來說依舊不夠，仍需要進(jìn)一步提升。因此，將再進(jìn)一步采用西門子制程（Siemensprocess）作純化，如此，將獲得半導(dǎo)體制程所需的高純度多晶硅。

　　接著，就是拉晶的步驟。首先，將前面所獲得的高純度多晶硅融化，形成液態(tài)的硅。之后，以單晶的硅種（seed）和液體表面接觸，一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢的向上拉起。至于為何需要單晶的硅種，是因?yàn)楣柙优帕芯秃腿伺抨?duì)一樣，會(huì)需要排頭讓后來的人該如何正確的排列，硅種便是重要的排頭，讓后來的原子知道該如何排隊(duì)。最后，待離開液面的硅原子凝固后，排列整齊的單晶硅柱便完成了。

　　從目前的市場看，硅晶圓包括了300mm/200mm和其他更小的尺寸。

　　硅晶圓制造挑戰(zhàn)重重，但制造商卻獲益不多。在過去的二十年，硅晶圓供應(yīng)商從20多家，兼并成現(xiàn)在的5家大玩家。而這些并購掃除了產(chǎn)業(yè)的幾大問題，首先是硅晶圓廠需要一個(gè)龐大的規(guī)模去和其他競爭者競爭，這樣的話小型制造商就跟不上第一陣型的步伐。

　　但最大的問題是硅晶圓產(chǎn)業(yè)正在面臨產(chǎn)能過剩的現(xiàn)狀。這樣就會(huì)給價(jià)格和利潤帶來重大影響。在過去的幾年，只有一部分的供應(yīng)商能夠獲得利潤。而實(shí)際上硅晶圓的平均價(jià)格已經(jīng)從2009年的每平方英寸1.04美元的售價(jià)降到2015年的0.76美元。

　　現(xiàn)在，300mm晶圓占了市場60%的出貨量，而200mm晶圓的份額只有31%。剩下的份額則被150mm晶圓和其他晶圓瓜分。

　　200mm晶圓的裝機(jī)容量

　　總得來說，300mm晶圓每年的市場容量從2009年的4300萬片晶圓成長到2015年的7600萬片。

　　在2015年，半導(dǎo)體市場上生產(chǎn)了7600萬片300mm硅晶圓，但市場只消耗了5700萬片。所以從目前的市場看來，如果硅晶圓廠產(chǎn)能全開，所生產(chǎn)的硅晶圓能夠滿足所有Fab的生產(chǎn)需求。但根據(jù)監(jiān)視可知，在2016年，只有74.6%的Fab投入運(yùn)營。

　　因此不需要去擴(kuò)充生產(chǎn)，相反，有些供應(yīng)商需要關(guān)掉一些產(chǎn)品線去降低運(yùn)營成本。

　　300mm晶圓的預(yù)估需求

　　幸運(yùn)的是，硅晶圓產(chǎn)業(yè)在2015年第四季度觸底之后，開始反彈了。Iyer表示，2015年對于硅晶圓產(chǎn)業(yè)來說是很艱難的一年。

　　從2016年第一季度開始，硅晶圓產(chǎn)業(yè)開始復(fù)蘇，尤其是在TSMC的強(qiáng)勢影響之下。

　　去年的硅晶圓價(jià)格真的到達(dá)了歷史新低，但相反的是產(chǎn)能達(dá)到了歷史新高。雖然今年第一季度開始，硅晶圓的市場開始好轉(zhuǎn)，但是價(jià)格還是沒有回調(diào)。

　　但對硅晶圓生產(chǎn)者來說，目前面臨的最大挑戰(zhàn)是硅晶圓需求日增，但價(jià)格上調(diào)困難。硅晶圓供應(yīng)商需要去說服客戶接受價(jià)格調(diào)整。這是一個(gè)信號，在芯片制造商收益不錯(cuò)的時(shí)代，如果能夠調(diào)整其價(jià)格，對硅晶圓制造商來說，是一個(gè)鼓舞。

　　市場預(yù)測，2016年的硅晶圓市場會(huì)達(dá)到70億美元，較之2015下降了1%。而2016年的硅晶圓出貨尺寸會(huì)高達(dá)108億平方英寸。較之去年反而有小許上升。

　　但從整個(gè)行業(yè)看來，還是有一些積極的信號的。因?yàn)槭袌鲂枨筮€會(huì)持續(xù)上升。

　　300mm晶圓市場會(huì)從Logic和Memory產(chǎn)品的增長中收益，200mm晶圓依舊保持很強(qiáng)勁的活力。但在未來，300mm晶圓面臨更多的挑戰(zhàn)。因?yàn)?00mm硅晶圓客戶遠(yuǎn)比300mm晶圓多，所以200mm晶圓的產(chǎn)能過剩的情況不再出現(xiàn)。

　　實(shí)際上，由于汽車電子、消費(fèi)電子和IoT市場的個(gè)多樣化芯片需求激增的推動(dòng)，甚至造成了200mm晶圓的短缺。

　　就我們所知，在汽車電子和IoT芯片市場，芯片需要不同的制程和工藝。而這些市場的應(yīng)用需求也覆蓋了從28nm到130nm，甚至達(dá)到180nm。未來在 55nm/40nm的需求會(huì)持續(xù)增長。

　　去預(yù)測未來300mm和200mm需求量的一個(gè)方法就是去看設(shè)備市場的走勢。如果需求增長，芯片制造商會(huì)去購買更多的設(shè)備。這樣也同樣給200mm的相關(guān)設(shè)備帶來缺貨現(xiàn)象。

　　Lam Research.的相關(guān)人士表示，這并不是說300mm晶圓的需求下降，只是從他們的角度看，現(xiàn)在能提供的300mm晶圓相關(guān)設(shè)備比200mm設(shè)備多。

　　隨著IoT的落地和more than Moore延伸到Fab，200mm晶圓的相關(guān)設(shè)備在未來會(huì)持續(xù)增加。而隨著200mm晶圓的走熱，F(xiàn)ab也要購買足夠的設(shè)備以保證其產(chǎn)能。

　　Applied Materials的相關(guān)人士也透露，市場會(huì)停留在200mm晶圓一段時(shí)間，morethan Moore技術(shù)的基礎(chǔ)也會(huì)存在于龐大和增長的市場。

　　更多的并購會(huì)發(fā)生？

　　盡管現(xiàn)在情況看起來好了很多，但硅晶圓產(chǎn)業(yè)在可見的未來還會(huì)面臨很多困難。因此行業(yè)可能會(huì)發(fā)生更多的并購以保持其競爭力。SunEdison Semiconductor在今年年初宣布將會(huì)采取一些可替代的選擇來改變其虧損狀況就是其中的一個(gè)代表。

　　SunEdison Semiconductor尋求交易，我們也不會(huì)感到驚訝，讓我們驚訝的是，買家竟然是環(huán)球晶圓，行業(yè)內(nèi)的一個(gè)無名之士。

　　盡管如此，行業(yè)分析師也是看好這單交易。這在未來會(huì)締造一個(gè)12億美元營收的公司。豐富的產(chǎn)品線會(huì)滿足半導(dǎo)體市場的廣泛需求。

　　如果這單交易完成了，也會(huì)有一個(gè)明顯的影響，那就是美國本土不再有硅晶圓供應(yīng)商了。

　　但這個(gè)真的重要嗎？因?yàn)榫湍壳翱磥?，沒人關(guān)心美國的硅晶圓制造能力。實(shí)際上，全球只由不到10%的晶圓是在美國生產(chǎn)的。這些業(yè)務(wù)大部分都是在亞洲完成。

　　另外，這單交易還會(huì)有其他的象征性意義，畢竟成立于1959年的SunEdisonSemiconductor是硅晶圓這個(gè)領(lǐng)域的先鋒，他曾經(jīng)是孟山都公司的一個(gè)部門，那時(shí)候還叫做MEMC。在1989年，一個(gè)德國公司收購了MEMC，并發(fā)起了一連串的并購，最后MEMC再度作為一個(gè)美國公司亮相，并在2009年收購了太陽能供應(yīng)商SunEdison，并在2013年改名SunEdison。

　　兩年前，SunEdison分拆其硅晶圓業(yè)務(wù)，聚焦在太陽能。并將其硅晶圓業(yè)務(wù)的公司改為SunEdisonSemiconductor。而SunEdison最后卻破產(chǎn)了。

　　而環(huán)球晶圓曾經(jīng)是Sino-AmericanSilicon的一個(gè)部門。在2011年，Sino-AmericanSilicon分拆其硅晶圓業(yè)務(wù)，成立了現(xiàn)在環(huán)球晶圓。

　　與此同時(shí)，Sino-AmericanSilicon收購了一個(gè)從Toshiba手上買下了硅晶圓供應(yīng)商 CovalentMaterials，在2016年，Sino-AmericanSilicon將其并入環(huán)球晶圓。

　　展望未來，硅晶圓產(chǎn)業(yè)的并購是在所難免的。而下一波并購潮可能會(huì)來自中國。正在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大興土木的中國對硅晶圓很感興趣，尤其是大尺寸的硅晶圓。

　　技術(shù)類型

　　硅晶圓行業(yè)的動(dòng)蕩表明，硅晶圓供應(yīng)商必須緊跟Fab廠在技術(shù)方面的進(jìn)步，滿足需求。從現(xiàn)狀看來，有幾種不同類型的硅晶圓，其中更包括了anneal，epitaxial， polished 和 SOI.

　　SOI晶圓市場是值得關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。環(huán)球晶圓發(fā)起這單交易的一個(gè)原因就是看中了SOI的市場。

　　從構(gòu)成上看，一個(gè)SOIsubstrates在其隱埋氧化層上面包括了一個(gè)超薄的硅層，而絕緣層就抑制了設(shè)備的泄漏。

　　SOI晶圓被應(yīng)用到數(shù)字、電源和RF應(yīng)用。在數(shù)字領(lǐng)域，現(xiàn)在已經(jīng)推進(jìn)到了一個(gè)叫做FD-SOI的平面工藝。

　　對于芯片制造商來說，F(xiàn)D-SOI是他們在塊狀硅上面的一個(gè)可替代選擇。當(dāng)中包括28nm的plannar和FinFET。FD-SOI的存在給產(chǎn)業(yè)界未來的路線提供了一個(gè)新選擇。當(dāng)中的領(lǐng)導(dǎo)者是 GlobalFoundries.。

　　但關(guān)于SOI，有兩點(diǎn)值得注意，那就是晶圓成本和供應(yīng)鏈?，F(xiàn)在只有幾個(gè)SOI晶圓供應(yīng)商，分別是Shin-Etsu，Soitec， Sumco 和SunEdisonSemi.

　　即使 GlobalWafers-SunEdison的交易最終確定，也不會(huì)影響SOI晶圓的供應(yīng)。我認(rèn)為關(guān)于SOI晶圓的供應(yīng)量是不需要擔(dān)心的，三星的相關(guān)人士表示。

　　成本在SOI市場是應(yīng)該值得關(guān)注的。晶圓制造商過去幾年在降低SOI晶圓的成本上做了很多努力。主要的挑戰(zhàn)在設(shè)備層的厚薄均勻性和反射率上面，這兩項(xiàng)都在設(shè)備層或以下。尤其是厚薄均勻性，對于SOI晶圓來說是最大的挑戰(zhàn)。

　　有人說SOI的成本是最主要的問題，但有些專家并不這樣認(rèn)為。因?yàn)镾OI技術(shù)在過去幾年得到了很大的提升，例如一個(gè)簡單的 STI，就可以消除SOI晶圓的成本差異。

　　三星則認(rèn)為，尺寸會(huì)是SOI晶圓的一個(gè)挑戰(zhàn)，隨著工藝進(jìn)展到FDSOI，三星希望能降低SOI晶圓的substrates成本。

　　但總的看來，SOI晶圓市場還非常小，Polished和epitaxial晶圓依然是市場上的大頭。

　　Polished 晶圓被應(yīng)用到Memory，這就要求有平滑和干凈平面的超平substrates，而substrates 晶圓責(zé)備廣泛應(yīng)用到Logic和其他市場。

　　Anneal-based晶圓也關(guān)注日增，anneal晶圓的制造成本比epi晶圓更低，所以前者的平均成本較后者更低。

　　通常epi晶圓是用但晶圓設(shè)備加工，而anneal 晶圓則一次把大約30個(gè)拋光晶圓放置在一個(gè)分層式熔爐。這是基于一個(gè)分層工藝制造的，這樣你就會(huì)耗費(fèi)更少的成本。

　　硅晶圓市場非常關(guān)鍵，我們希望他會(huì)變得越來越好。