未來會有足夠的硅晶圓嗎？

n n 版權聲明：本文來源 《semi engineering》，由半導體行業觀察翻譯，如果您認為不合適，請告知我們，謝謝！n n

n n 由於正在進行或傳聞的交易併購的潛在影響，集成電路產業鏈重要組成部分的硅晶圓正在面臨一些新挑戰。n n

n n 其實這個行業里的併購已經見慣不怪了，頻發的併購事件讓全球的半導體公司買少見少了。我們也知道，硅晶圓製造商的任務是將未加工的晶圓交給晶元製造商加工，後者將其做成相關的晶元。n n

n n 儘管半導體的出貨量持續攀升，但在硅晶圓這個市場依然面臨嚴峻的價格壓力。n n

n n 在今年八月份，台灣環球晶圓小吃大，宣布將n n SunEdisonn n 半導體收歸囊中。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，新的環球晶圓將超過德國的n n Siltronicn n （n n 13%n n ），成為全球第三大的硅晶圓供應商，根據n n 2015n n 年的數據，其市場佔有率也會增長到n n 17%n n 。屈居兩大日本公司n n Shin-Etsu (27%)n n 和n n Sumco (26%)n n 之後。n n

n n 而在併購發生之前，n n SunEdisonn n 公司n n 2015n n 的市場佔有率為n n 10%n n ，領先於韓國的n n LG Siltronn n （n n 9%n n ）、環球晶圓（n n 7%n n ）和法國的n n Soitecn n （n n 3%n n ）。n n

n n 交易完成之後，環球晶圓不但擴充了其n n 300mmn n 晶圓的產能，並將業務觸角伸到n n SOIn n 晶圓業務，因為n n SunEdisonn n 是全球最大的n n RFn n 和n n FD-SOIn n 晶元晶圓供貨商，其n n SOIn n 晶圓客戶包括了n n GlobalFoundriesn n 和n n Samsungn n 。n n

n n 雖然硅晶圓市場已經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。市場分析機構n n Sage Conceptsn n 的主席n n n RichardWinegarnern n n 也表示，如果有一天n n n Siltronicn n n 和n n n LGSiltronn n n 也賣盤，我們不需要感到驚訝。他還指出，由於硅晶圓業務的微薄收益，讓西方的生產者對這個業務失去激情，但正在學習的製造好晶圓的中國對此非常感興趣。n n

n n 毫無疑問，這個行業是需要併購的。因為這樣的話可以促使晶圓的價格走向穩定。n n n SummitRedstone Partners.n n n 的分析師n n n Jagadish Iyern n n 表示。n n

n n 晶圓的狂歡n n

n n 硅晶圓是半導體產業的基礎，每一個晶元製造者都需要購買晶圓。晶圓這個產業是從多晶硅開始的。而多晶硅是在石英坩堝裡面融化的。n n

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

n n 純化分成兩個階段，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，將氧化硅轉換成n n n 98%n n n 以上純度的硅。大部份的金屬提煉，像是鐵或銅等金屬，皆是採用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是，n n n 98%n n n 對於晶片製造來說依舊不夠，仍需要進一步提升。因此，將再進一步採用西門子製程（n n n Siemensprocessn n n ）作純化，如此，將獲得半導體製程所需的高純度多晶硅。n n

n n 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，形成液態的硅。之後，以單晶的硅種（n n n seedn n n ）和液體表面接觸，一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。至於為何需要單晶的硅種，是因為硅原子排列就和人排隊一樣，會需要排頭讓後來的人該如何正確的排列，硅種便是重要的排頭，讓後來的原子知道該如何排隊。最後，待離開液面的硅原子凝固後，排列整齊的單晶硅柱便完成了。n n

n n 從目前的市場看，硅晶圓包括了n n 300mm/200mmn n 和其他更小的尺寸。n n

n n 硅晶圓製造挑戰重重，但製造商卻獲益不多。在過去的二十年，硅晶圓供應商從n n 20n n 多家，兼并成現在的n n 5n n 家大玩家。而這些併購掃除了產業的幾大問題，首先是硅晶圓廠需要一個龐大的規模去和其他競爭者競爭，這樣的話小型製造商就跟不上第一陣型的步伐。n n

n n 但最大的問題是硅晶圓產業正在面臨產能過剩的現狀。這樣就會給價格和利潤帶來重大影響。在過去的幾年，只有一部分的供應商能夠獲得利潤。而實際上硅晶圓的平均價格已經從n n 2009n n 年的每平方英寸n n 1.04n n 美元的售價降到n n 2015n n 年的n n 0.76n n 美元。n n

n n 現在，n n 300mmn n 晶圓佔了市場n n 60%n n 的出貨量，而n n 200mmn n 晶圓的份額只有n n 31%n n 。剩下的份額則被n n 150mmn n 晶圓和其他晶圓瓜分。n n

n 200mmn n 晶圓的裝機容量n n

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

n n 在n n 2015n n 年，半導體市場上生產了n n 7600n n 萬片n n 300mmn n 硅晶圓，但市場只消耗了n n 5700n n 萬片。所以從目前的市場看來，如果硅晶圓廠產能全開，所生產的硅晶圓能夠滿足所有n n Fabn n 的生產需求。但根據監視可知，在n n 2016n n 年，只有n n 74.6%n n 的n n Fabn n 投入運營。n n

n n 因此不需要去擴充生產，相反，有些供應商需要關掉一些產品線去降低運營成本。n n

n n 幸運的是，硅晶圓產業在n n 2015n n 年第四季度觸底之後，開始反彈了。n n Iyern n 表示，n n 2015n n 年對於硅晶圓產業來說是很艱難的一年。n n

n n 從n n 2016n n 年第一季度開始，硅晶圓產業開始復甦，尤其是在n n TSMCn n 的強勢影響之下。n n

n n 去年的硅晶圓價格真的到達了歷史新低，但相反的是產能達到了歷史新高。雖然今年第一季度開始，硅晶圓的市場開始好轉，但是價格還是沒有回調。n n

n n 但對硅晶圓生產者來說，目前面臨的最大挑戰是硅晶圓需求日增，但價格上調困難。硅晶圓供應商需要去說服客戶接受價格調整。這是一個信號，在晶元製造商收益不錯的時代，如果能夠調整其價格，對硅晶圓製造商來說，是一個鼓舞。n n

n n 市場預測，n n 2016n n 年的硅晶圓市場會達到n n 70n n 億美元，較之n n 2015n n 下降了n n 1%n n 。而n n 2016n n 年的硅晶圓出貨尺寸會高達n n 108n n 億平方英寸。較之去年反而有小許上升。n n

n n 但從整個行業看來，還是有一些積極的信號的。因為市場需求還會持續上升。n n

n 300mmn n 晶圓市場會從n n Logicn n 和n n Memoryn n 產品的增長中收益，n n 200mmn n 晶圓依舊保持很強勁的活力。但在未來，n n 300mmn n 晶圓面臨更多的挑戰。因為n n 200mmn n 硅晶圓客戶遠比n n 300mmn n 晶圓多，所以n n 200mmn n 晶圓的產能過剩的情況不再出現。n n

n n 實際上，由於汽車電子、消費電子和n n IoTn n 市場的個多樣化晶元需求激增的推動，甚至造成了n n 200mmn n 晶圓的短缺。n n

n n 就我們所知，在汽車電子和n n IoTn n 晶元市場，晶元需要不同的製程和工藝。而這些市場的應用需求也覆蓋了從n n 28nmn n 到n n 130nmn n ，甚至達到n n 180nmn n 。未來在n n n 55nm/40nmn n n 的需求會持續增長。n n

n n 去預測未來n n n 300mmn n n 和n n n 200mmn n n 需求量的一個方法就是去看設備市場的走勢。如果需求增長，晶元製造商會去購買更多的設備。這樣也同樣給n n n 200mmn n n 的相關設備帶來缺貨現象。n n

n Lam Research.n n 的相關人士表示，這並不是說n n 300mmn n 晶圓的需求下降，只是從他們的角度看，現在能提供的n n 300mmn n 晶圓相關設備比n n 200mmn n 設備多。n n

n n 隨著n n IoTn n 的落地和n n more than Mooren n 延伸到n n Fabn n ，n n 200mmn n 晶圓的相關設備在未來會持續增加。而隨著n n 200mmn n 晶圓的走熱，n n Fabn n 也要購買足夠的設備以保證其產能。n n

n Applied Materialsn n 的相關人士也透露，市場會停留在n n 200mmn n 晶圓一段時間，n n n morethan Mooren n n 技術的基礎也會存在於龐大和增長的市場。n n

n n 更多的併購會發生？n n

n n 儘管現在情況看起來好了很多，但硅晶圓產業在可見的未來還會面臨很多困難。因此行業可能會發生更多的併購以保持其競爭力。n n SunEdison Semiconductorn n 在今年年初宣布將會採取一些可替代的選擇來改變其虧損狀況就是其中的一個代表。n n

n SunEdison Semiconductorn n 尋求交易，我們也不會感到驚訝，讓我們驚訝的是，買家竟然是環球晶圓，行業內的一個無名之士。n n

n n 儘管如此，行業分析師也是看好這單交易。這在未來會締造一個n n 12n n 億美元營收的公司。豐富的產品線會滿足半導體市場的廣泛需求。n n

n n 如果這單交易完成了，也會有一個明顯的影響，那就是美國本土不再有硅晶圓供應商了。n n

n n 但這個真的重要嗎？因為就目前看來，沒人關心美國的硅晶圓製造能力。實際上，全球只由不到n n 10%n n 的晶圓是在美國生產的。這些業務大部分都是在亞洲完成。n n

n n 另外，這單交易還會有其他的象徵性意義，畢竟成立於n n 1959n n 年的n n n SunEdisonSemiconductorn n n 是硅晶圓這個領域的先鋒，他曾經是孟山都公司的一個部門，那時候還叫做n n n MEMCn n n 。在n n n 1989n n n 年，一個德國公司收購了n n n MEMCn n n ，並發起了一連串的併購，最後n n n MEMCn n n 再度作為一個美國公司亮相，並在n n n 2009n n n 年收購了太陽能供應商n n n SunEdisonn n n ，並在n n n 2013n n n 年改名n n n SunEdisonn n n 。n n

n n 兩年前，n n n SunEdisonn n n 分拆其硅晶圓業務，聚焦在太陽能。並將其硅晶圓業務的公司改為n n n SunEdisonSemiconductorn n n 。而n n n SunEdisonn n n 最後卻破產了。n n

n n 而環球晶圓曾經是n n n Sino-AmericanSiliconn n n 的一個部門。在n n n 2011n n n 年，n n n Sino-AmericanSiliconn n n 分拆其硅晶圓業務，成立了現在環球晶圓。n n

n n 與此同時，n n n Sino-AmericanSiliconn n n 收購了一個從n n n Toshiban n n 手上買下了硅晶圓供應商n n n CovalentMaterialsn n n ，在n n n 2016n n n 年，n n n Sino-AmericanSiliconn n n 將其併入環球晶圓。n n

n n 展望未來，硅晶圓產業的併購是在所難免的。而下一波併購潮可能會來自中國。正在半導體產業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。n n

n n 技術類型n n

n n 硅晶圓行業的動蕩表明，硅晶圓供應商必須緊跟n n n Fabn n n 廠在技術方面的進步，滿足需求。從現狀看來，有幾種不同類型的硅晶圓，其中更包括了n n n anneal,epitaxial, polishedn n n 和n n n SOI.n n

n n SOIn n n 晶圓市場是值得關注的一個重點。環球晶圓發起這單交易的一個原因就是看中了n n n SOIn n n 的市場。n n

n n 從構成上看，一個n n n SOIsubstratesn n n 在其隱埋氧化層上面包括了一個超薄的硅層，而絕緣層就抑制了設備的泄漏。n n

n n SOIn n n 晶圓被應用到數字、電源和n n n RFn n n 應用。在數字領域，現在已經推進到了一個叫做n n n FD-SOIn n n 的平面工藝。n n

n n 對於晶元製造商來說，n n n FD-SOIn n n 是他們在塊狀硅上面的一個可替代選擇。當中包括n n n 28nmn n n 的n n n plannarn n n 和n n n FinFETn n n 。n n n FD-SOIn n n 的存在給產業界未來的路線提供了一個新選擇。當中的領導者是n n n n n n GlobalFoundriesn n n n .n n n 。n n

n n 但關於n n n SOIn n n ，有兩點值得注意，那就是晶圓成本和供應鏈。現在只有幾個n n n SOIn n n 晶圓供應商，分別是n n n Shin-Etsu,Soitec, Sumcon n n 和n n n SunEdisonSemi.n n

n n 即使n n n GlobalWafers-SunEdisonn n n 的交易最終確定，也不會影響n n n SOIn n n 晶圓的供應。我認為關於n n n SOIn n n 晶圓的供應量是不需要擔心的，三星的相關人士表示。n n

n n 成本在n n n SOIn n n 市場是應該值得關注的。晶圓製造商過去幾年在降低n n n SOIn n n 晶圓的成本上做了很多努力。主要的挑戰在設備層的厚薄均勻性和反射率上面，這兩項都在設備層或以下。尤其是厚薄均勻性，對於n n n SOIn n n 晶圓來說是最大的挑戰。n n

n n 有人說n n n SOIn n n 的成本是最主要的問題，但有些專家並不這樣認為。因為n n n SOIn n n 技術在過去幾年得到了很大的提升，例如一個簡單的n n n STIn n n ，就可以消除n n n SOIn n n 晶圓的成本差異。n n

n n 三星則認為，尺寸會是n n n SOIn n n 晶圓的一個挑戰，隨著工藝進展到n n n FDSOIn n n ，三星希望能降低n n n SOIn n n 晶圓的n n n substratesn n n 成本。n n

n n 但總的看來n n n ,SOIn n n 晶圓市場還非常小，n n n Polishedn n n 和n n n epitaxialn n n 晶圓依然是市場上的大頭。n n

n n Polishedn n n 晶圓被應用到n n n Memoryn n n ，這就要求有平滑和乾淨平面的超平n n n substratesn n n ，而n n n substratesn n n 晶圓責備廣泛應用到n n n Logicn n n 和其他市場。n n

n n Anneal-basedn n n 晶圓也關注日增，n n n annealn n n 晶圓的製造成本比n n n epin n n 晶圓更低，所以前者的平均成本較後者更低。n n

n n 通常n n n epin n n 晶圓是用但晶圓設備加工，而n n n annealn n n 晶圓則一次把大約n n n 30n n n 個拋光晶圓放置在一個分層式熔爐。這是基於一個分層工藝製造的，這樣你就會耗費更少的成本。n n

n n 硅晶圓市場非常關鍵，我們希望他會變得越來越好。n n

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