“疯狂”的晶圆厂引发连锁反应

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来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)原创,作者:畅秋,谢谢。

本周,少有大新闻的晶圆代工厂格芯(GlobalFoundries)发布了一则引人注目的消息,该公司将于新加坡厂区设立新厂,扩张其全球生产布局。透过与新加坡经济发展局合作,以及相关客户的共同投资下,格芯将这项新加坡扩产计划投入40亿美元。目前,厂房正在建设中,预计于2023年启用。

此外,格芯还计划在其美国与德国的所有厂区进行产能扩张,两地各投资10亿美元。这样,未来两年,格芯总共将斥资不少于60亿美元扩充其在新加坡、美国与德国的产能。

据悉,如果这些晶圆厂建成,格芯的年度产能将会增加45万片12英寸约当晶圆,而格芯新加坡厂区的年度总产能将会上升至150万片(12英寸约当晶圆)。

晶圆厂扩张加速

过去几年,由于发展策略发生较大变化,格芯在新厂建设方面一直都处于非常保守的状态,甚至出售了几个晶圆厂。此次宣布扩产计划,也是基于当下全球芯片产能,特别是晶圆代工产能严重不足而做出的决定。这也从一个侧面凸显出当下市场对晶圆厂需求的火爆程度,扩充产能已经成为资金的第一去向。

来自SEMI的最新市场研究报告数据显示,全球半导体制造商将于今年年底前启动建设19个新的高产能晶圆厂,2022年会再建10个,这样,近两年将有至少29个晶圆厂开建。其中,中国大陆和台湾地区各有8个,其次是美洲6个,欧洲/中东3个,日本和韩国各两个。这些新厂以12英寸晶圆厂为主,2021年有15个,2022年有7个。其它7个晶圆厂分别为4英寸、6英寸和8英寸厂。完成后,这29个晶圆厂每月可生产260万片(8英寸约当晶圆)。

另外,在这29个晶圆厂中,15个为晶圆代工厂,月产能达3万至22万片(8英寸约当晶圆);4个是存储器厂,这些新厂产能更高,每月可制造10万至40万片(8英寸约当晶圆)。

无论是晶圆代工厂,还是IDM,从2020下半年开始,就进入了疯狂扩产模式,而且是12英寸和8英寸齐头并进,一改早些年12英寸厂盛、8英寸厂衰的态势,市场需求呈现全面旺盛的状态。

12英寸晶圆方面,最大资本支出用在了存储芯片(DRAM和3D NAND)上,预计2020到2023年的实际和预测投资额每年都将以高个位数增长,2024年幅度有望进一步扩大到10%。另外,用于逻辑芯片/MPU和MCU的投资在2021到2023年也将稳步提高,特别值得关注的是功率器件,用在该类产品的投资增长幅度在2021年有望超过200%,而2022和2023年也将保持两位数的增长率。

从2020下半年开始,各大厂商加快了12英寸晶圆厂的扩产步伐,多个项目纷纷上马。

首先,晶圆代工龙头台积电宣布2021年资本支出由之前预估的250-280亿美元提升至300亿美元,其中逾8成用于先进制程投资,而7nm、5nm、3nm、2nm这些制程产线都采用12英寸晶圆。

不久前,台积电还宣布3年投资1000亿美元扩建晶圆厂,并确认将投资28.87亿美元扩充南京厂28nm制程工艺产能,每月增加4万片晶圆产量,主要用于生产汽车芯片。

台积电指出,目前台湾地区的晶圆厂已经没有洁尘室空间,只有南京厂有现成空间可用,可以直接设置生产线,有利于快速形成产能。按照计划,台积电南京厂的28nm制程产能将于2022年下半年量产,2023年中达到4万片晶圆/月的满载产能目标。目前,台积电的南京工厂主要生产16nm芯片,月产能约为2万片晶圆。

3月下旬,力积电举行了铜锣12英寸晶圆厂动土典礼,总投资额达新台币2780亿元,总产能每月10万片,将从2023年起分期投产,满载年产值超过600亿元。

DRAM厂南亚科也宣布,将斥资新台币3000亿元新台币,在台湾地区新北市泰山南林科技园区投资兴建12英寸先进晶圆新厂。南亚科董事长吴嘉昭表示,该12英寸先进晶圆新厂最快将于今年底动工,2023年完工试产。此座厂房将采用南亚科技自主研发的10nm级制程技术生产DRAM芯片,并规划建置EUV生产技术,月产能约为45,000片晶圆。

3月中旬,华邦电子董事会决议通过了12英寸晶圆厂资本支出预算案,核准资本预算约新台币131亿2,700万元。该资本支出预算案主要用于高雄新厂,于2021年3月起陆续投资,并于2022年试营运。高雄厂是华邦第二座12英寸晶圆厂。

3月17日,中芯国际宣布与深圳政府(透过深圳重投集团)拟以建议出资的方式经由中芯深圳进行项目发展和营运。依照计划,中芯深圳将开展项目的发展和营运,重点生产28nm及以上的集成电路并提供技术服务,旨在实现最终每月约40,000片12英寸晶圆的产能。预期将于2022年开始生产。据悉,中芯国际新的12英寸晶圆厂房主体建筑和已经投入生产的8英寸晶圆厂相连,且主体部分已经建设完成,并有望于2022年投入生产。

2020年8月,中国第一座12英寸车规级功率半导体自动化晶圆制造中心项目正式签约落户上海临港新片区。该项目是闻泰科技半导体业务实现100亿美元战略目标的第一步。2021年1月初,闻泰科技全资子公司安世半导体面对激增的半导体材料需求,宣布扩建位于上海临港的12英寸晶圆厂,将于2022年7月投产,产能预计将达到每年40万片。

此外,英特尔已经确定在美国新建两座12英寸晶圆厂。

三星方面,除了在韩国本土和美国新建12英寸厂之外,其在中国的投资力度非常大,主要表现在西安的存储器厂。之前,三星决定向其西安工厂投资150亿美元,这是该公司唯一的海外存储器生产基地。2017年8月一期投资70亿美元后,2019年二期投资80亿美元,一期投资建成的一条生产线已于2020年3月开始投产。近期,第二家工厂也将投产,且三期工程也在投资规划当中。三星西安厂二期投资完成后,二厂的NAND闪存产能将达到每月13万片晶圆。第一工厂的产能为每月120,000片。每月 25 万片晶圆的总产量约为三星2020 年NAND 闪存产量的一半。

以上是近一年来部分12英寸晶圆厂的扩产和新建情况。

另外,8英寸晶圆厂和产能状况也非常惹人关注,因为市场需求出现了前所未有的高涨,一点儿不逊于12英寸的。

以往,8英寸晶圆被认为是落后产线,更关注12英寸晶圆产线的建设和量产。然而,就是这一比12英寸晶圆“古老”多年的产品,8英寸晶圆芯片产能从2018年起,就处于明显不足的状况,而从过去的2020年来看,8英寸晶圆产能依然很紧张,特别是在中国大陆地区,在多条12英寸产线上马的情况下,似乎有些忽视了8英寸晶圆产能问题。总体来看,无论是IDM,还是晶圆代工厂,8英寸晶圆产能一直都很紧俏,产能利用率相当高。

出现这种状况的原因主要是市场对模拟芯片的需求量一直在提升,电源管理、功率器件、CMOS图像传感器、MEMS传感器、RF收发器、PA、滤波器,ADC、DAC等等,大都投产在8英寸晶圆产线里。

SEMI的统计报告显示,全球半导体制造商从2020到2024年将持续提高8英寸晶圆厂产量,预计增加95万片,增幅17%,达到每月660万片的历史新纪录。未来几年,晶圆制造商将增设22座8英寸晶圆厂,以满足5G、汽车和物联网(IoT)等高度依赖模拟、电源管理和显示驱动IC、功率组件MOSFET、MCU及传感器等器件的增长需求。

带动半导体设备市场增长

兴建晶圆厂的热潮,直接带动了半导体设备市场增长。SEMI统计数据显示,北美半导体设备制造商出货金额于今年1月首度突破30亿美元,随后不断逐月攀高,5月达35.9亿美元,月增4.7%,也较去年同期增加53.1%。中国大陆去年首次成为全球最大半导体设备市场,台湾地区紧追在后。

前文提到,未来两年将新建至少29座晶圆厂,相应的设备支出预计将超过1400亿美元。新厂动工后通常需要至少两年才能达到设备安装阶段,因此多数今年开始建造新厂的芯片制造商最快也要2023年才能启装,不过有些制造商可能提前在2022上半年就会开始相关作业。

预计到2022年,半导体设备投资都将维持在30亿美元以上的水平,晶圆代工将占总支出一半以上,以下依序为分立/功率器件占21%,模拟IC占15%、MEMS和传感器占7%。

根据日本半导体制造装置协会(SEAJ)6月17日公布的初步统计显示,2021年5月,日本半导体设备销售额(3个月移动平均值)同比暴增48.6%,达到3,054.05亿日元,连续第5个月呈现增长态势,创46个月来(2017年7月以来、暴增49.9%)最大增幅,且月销售额史上首度突破3,000亿日元大关、创2005年以来历史新纪录。

在日本半导体设备商中,有59%表示最近1年曾因现有零件供货商因生产跟不上需求而导致零件供应不足问题。另外,7成以上厂商表示,曾面临采购交期、价格、质量等问题。在面临零件供应不足问题的企业中,已出现寻找新零件供货商的动向、包含找上了之前未曾生产过半导体设备用零件的厂商。

在半导体设备消费市场,台湾地区是重镇,其中又以台积电和联电需求最旺。

由于台积电今年资本支出约有8成用于先进制程,7nm以下必备的EUV设备供应链将受惠,其中包括EUV光刻机厂商ASML、EUV光罩盒供货商家登、EUV设备模块代工厂帆宣和公准,而应材供应链的京鼎、瑞耘,还有真空服务解决方案厂商日扬也能享受商机。此外,台积电2021年资本支出约1成将用在先进封测及光罩,换算约有30亿美金的水平。据了解,台积电竹南新厂预计今年底至明年上半年量产,预期自动化机器设备商万润、半导体湿制程设备厂弘塑、辛耘将分食大单。

今年3月,媒体传出三星紧急找上联电,要洽谈联电南科厂的产能,双方前后谈了两个月之后,终于拍板定案,以三星为首,包下南科厂约一半产能。此外,联电也与其他客户共同谈成合约,包括联发科,联咏、瑞昱等,以预付订金的方式包下南科厂未来6年、每个月2万7500片产能的合约,而联电将拿这笔资金添购南科P6厂扩建28nm制程所需的设备。

半导体材料供不应求

晶圆厂的火爆,除了带动半导体设备市场大幅增长外,对半导体材料市场也有很大影响,特别是硅片(硅晶圆),最受瞩目。

在半导体供应链中,硅片生产环节直接与晶圆制造对接。今年上半年,日本硅片大厂SUMCO会长兼CEO桥本真幸表示,自身从事半导体业界逾20年时间来、芯片在如此长的时间呈现短缺是前所未见的。以8英寸硅片为主、涌入了超过该公司产能的订单。该公司和客户都呈现无库存状态。

具体来看,逻辑用12英寸硅晶圆短缺,而更为短缺的是大多用于汽车的8英寸产品。

桥本真幸指出,当前令人困恼的事情是没有可用来增产硅片的厂房。今后来自5G、数据中心的需求将上升。因此评估从头开始建造工厂。

桥本真幸上述言论也表明,SUMCO考虑兴建硅片新工厂。SUMCO自2008年以来的增产投资都仅仅是扩增现有工厂的产能、并未兴建新工厂。

关于硅片市况预估,桥本真幸指出,当前现有设备生产已满载。半导体市场即便在不景气的情况下、也以年率6%左右的速度增长,而硅片也配合半导体的成长、以年率5-6%的速度进行增产。而增产的设备已接近极限、硅片供需恐持续紧张。

SUMCO在2月9日公布的财报资料中指出,关于今后的硅片市场展望,在5G/智能手机/数据中心需求带动下,逻辑芯片用12英寸硅片供应不足情况恐持续。在8英寸硅片部分,车用/民用需求急速恢复,需求达到媲美2018年的巅峰水平,预估供应不足情况恐持续至2022年左右。

中国大陆的硅片企业也在扩产。

特别是在12英寸硅片领域,中国本土市场份额低,大多依赖进口,多数国内厂商已具备8英寸硅片的量产能力,但在技术积累和市场占有率方面与国际硅片大厂相比,存在较大差距。面对12英寸硅片市场需求激增,中国本土硅片企业大都在加紧布局,制定扩产计划。代表企业包括沪硅产业、神工股份、立昂微、上海新晟、中欣晶圆和中环股份。例如,中欣晶圆已将12英寸硅片扩产规划正式提上日程,将在现有每月3万片的基础上,继续拓展7万片产能,以期在年底达到每月10万片的规模。但10万片只是中欣的阶段性目标,2022年,中欣将会继续积极的寻求产能拓展,最终形成每月20万甚至是30万的12英寸硅片产能。

拉动投资

新建晶圆厂,采购半导体设备和材料,以及半导体设备厂商采购零部件等,都需要大量投资。

据IC Insights统计,2020 年半导体行业资本支出总额为1130亿美元,预计2021年将同比增长16%到23%。

三星、台积电和英特尔这3家公司占2020年半导体资本支出的50%以上,其中,三星是2020年支出最多的公司,达到279亿美元,预计2021年支出将持平。

台积电增幅最大,从2020年增加128亿美元,到2021年达到300亿美元,增幅为74%。台积电将占行业总支出增长204亿美元的60%以上。

英特尔已表示将把资本支出从2020年的143亿美元增加到2021年的195亿美元,增长 37%。

除了企业,在当前半导体产业的大环境下,各政府也在大力投入。例如,美国参议院本月批准了一项法案,其中包括 520 亿美元用于资助半导体研究、设计和制造;日本经济产业省本月早些时候宣布了一项“国家项目”,以支持日本的半导体制造;韩国在5月宣布了一项计划,未来十年将在非存储芯片制造上投入4500亿美元;5月,欧盟也宣布准备投入大量资金,以扩大欧洲的半导体制造业务。

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