近日，全球第三的硅晶圓制造廠環球晶圓宣布，將在美國德克薩斯州新建一座12英寸硅晶圓廠。據悉，環球晶圓已經在德克薩斯州注入了超過50億美元的投資，這座全新廠房將分階段建設，待完全竣工之后，高產能可達到每月120萬片12英寸晶圓，預計2025年開始投產。
受益于汽車芯片、物聯網、5G、云服務等應用市場迅速增長所帶來的強勁需求，全球晶圓制造市場產能供不應求。面對不斷激增的需求，各大廠商各顯神通，紛紛擴大產能，誓要把訂單收入囊中。
頭部晶圓企業產能全線滿載
在臺積電、英特爾、三星、德州儀器、格羅方德等全球領軍半導體企業紛紛宣布擴產計劃的同時，是市場對硅晶圓需求的大幅增長。
根據市調組織ICInsights的數據，各大晶圓廠的平均產能利用率均在95%左右，頭部企業更是保持在100%的全線滿載狀態。硅晶圓大廠日本勝高表示已經售完了未來5年的產能。環球晶圓董事長徐秀蘭在董事會上表示，2022年產能持續滿載，全產全銷，今年至2024年產能也已全部賣光，8英寸、12英寸需求都很強勁。
為了能完成更多的訂單，擴大市場份額，各大硅晶圓廠商開始實施擴產計劃。
日本勝高宣布將斥資2287億日元（約合17億美元）建設新廠，擴產12英寸硅晶圓。此外，還將斥資272億日元（約合2億美元）用于擴充由其子公司運營的半導體硅晶圓廠產能；德國世創計劃于2022年投資11億歐元（約合75億美元），其中2/3將用來在新加坡建廠；韓國半導體硅晶圓大廠SK Siltron宣布投資1.05萬億韓元（約合8.4億美元）擴建12英寸半導體硅晶圓廠，廠房的建設及設備的安裝預計需要近3年的時間，計劃在2022年下半年開始建設，2024年上半年投產。
環球晶圓今年的動作頻繁，因為此前收購德國世創一案未能成功，原來規劃用于收購案的資金將用于啟動全新的擴產計劃。環球晶圓表示，將考慮進行多項現有廠區及新廠擴產計劃，包含12英寸硅晶圓、8英寸與12英寸SOI、8英寸FZ、SiC晶圓、GaN on Si等大尺寸產品。擴產計劃涵蓋亞洲、歐洲和美國地區的投資，預計2022至2024年度總資本支出將達36億美元左右，新產線的產品出貨時間從2023年下半年開始逐季增加。
2月18日，環球晶圓意大利子公司MEMC SPA董事會依據集團母公司董事會的決議，核準其意大利諾瓦拉廠(Novara)于現有的8英寸晶圓產線外增設12英寸產線。
環球晶圓董事會將聚焦擴產當下的熱點12英寸拋光片的生產和開發。除此之外，由于美拉諾(Merano)工廠已經著手12英寸硅晶圓的產能擴充，環球晶圓將在意大利擁有完整并高度整合的12英寸生產線。該生產線將于2023年年中開始生產。
賽迪顧問集成電路產業研究中心高級分析師楊俊剛向《中國電子報》記者表示，近幾年，元宇宙、大數據、云計算、新能源汽車等新興領域的快速發展，大幅增加了集成電路產品的使用量，隨著市場需求不斷增加，硅晶圓廠建廠和擴產也將迎合市場需求，同時增加自身的業務能力。但一般建設廠房需要2年左右的建設期，加上前期的產能爬坡期，預計3~4年產能將得到釋放。
12英寸硅晶圓將成為主要競爭點
目前全球硅晶圓市場占有率位居前五的企業是信越化學、勝高、世創、環球晶圓、SK Siltron，他們一共占據了近九成的市場份額。從目前幾大廠商的擴產信息可以分析出，12英寸硅晶圓將成為主要競爭點。全球半導體市場規模的一半以上以及主要增量都源于邏輯電路和存儲器，該部分應用領域已主要采用12英寸半導體硅晶圓進行生產。
12英寸硅晶圓的生產相較于8英寸硅晶圓具有更大的技術挑戰。賽迪顧問集成電路中心高級咨詢顧問池憲念向《中國電子報》記者表示，在生長技術方面，一是尺寸越大拉單晶過程中旋轉速度越慢，需要解決慢速旋轉不穩定導致晶格結構缺陷的問題。二是生長過程中徑向溫差是熱應力來源，大尺寸單晶硅棒拉制要求徑向溫差盡量小，以避免增殖位錯，以及單晶失敗、斷線。在硅晶圓切割技術方面，硅晶圓直徑越大邊緣處就更容易出現翹曲，易導致良品率降低的問題。因此12寸硅晶圓對于直拉單晶生長、磁場直拉單晶生長、熱場模擬和設計、大直徑硅錠線切割、高精度滾圓、高效低應力線切割等技術提出了更高要求。
盡管目前12英寸硅晶圓市場仍被幾大龍頭企業所占據，但由于這些大廠生產的硅晶圓無法完全滿足國內半導體廠商對硅晶圓的增量需求，因此，這讓國內硅晶圓廠商迎來了快速發展期。
中國電子材料行業協會常務副秘書長魯瑾向《中國電子報》記者介紹，中國大陸半導體硅材料原以6英寸以下為主，近3年，才大量新建、在建8英寸、12英寸大尺寸硅晶圓項目。12英寸硅晶圓既是行業發展的重點，也是中國大陸集成電路產業長期發展的短板。經過多年的技術積累，企業在8英寸硅晶圓方面已掌握了多項關鍵技術。但產品主要集中在重摻拋光片及外延片領域，輕摻拋光片方面仍有待進一步提升。
中環股份方面向《中國電子報》記者表示，2021年，中環股份8~12英寸拋光片、外延片出貨量加速攀升，產銷規模同比提升90%以上。截至2021年12月31日，公司8英寸月產能達70萬片，12寸月產能達17萬片。在消費類電子及數據中心服務器等需求的不斷拉動下，12英寸產品國內客戶訂單爆增，中環股份通過加速新產線調試釋放有效產能，提升交付率。
半導體硅晶圓企業必須形成規模化、商業化的生產，才具有競爭力。芯謀研究高級分析師張彬磊向《中國電子報》記者表示，目前中環股份、滬硅產業等國內企業已在技術上實現12英寸硅晶圓生產，客戶已涵蓋國內外主流晶圓廠，不僅包括中芯國際、華虹宏力等廠商，也包括格羅方德、恩智浦、意法半導體等國外知名的企業，未來可期。
盡管如此，我國硅晶圓產業產能完全釋放尚需時日，并且每個硅晶圓工廠投產后產品得到芯片企業認證的周期很長，從測試片、控擋片到正片比例提升，滿足各客戶不同工藝、不同器件產品技術指標需求，并逐步提升良率水平，都需要一個發展過程。
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