18寸晶圆真的会到来吗？

2017-01-17 10:21:00 来源: 互联网

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在短短几年前还在半导体产业界被热烈讨论的18寸(450mm)晶圆，似乎失去了背后的推动力，至少在目前看来如此。「18寸晶圆议题可能会继续沉寂5~10年；」市场研究机构VLSI Research的执行长暨资深半导体设备分析师G. Dan Hutcheson表示：「也许它会起死回生，端看半导体设备业者是否会达成共识。」

一个参与者包括英特尔(Intel)、台积电(TSMC)、Globalfoundries、IBM、三星(Samsung)以及美国纽约州立大学理工学院(SUNY Polytechnic Institute)的研发专案Global 450 Consortium (G450C)，已经在去年底悄悄地逐渐停止运作，成员厂商的结论是目前的时机不适合迈入可选择的第二阶段计划。

「所有的伙伴们都赞同，这并不是一个适合持续专注于18寸技术的时机；」纽约州立大学理工学院的联盟与专案计划助理副总裁Paul Kelly接受EE Times采访时表示：「但是大家都说G450C专案本身仍然是成功了。」

在最近于美国举行的SEMI年度产业策略高峰会(Industry Strategy Symposium)上，几乎没人提起18寸晶圆；但不过在几年前，包括G450C成员在内的主要芯片厂商都积极推动18寸晶圆设备能最快在2018年就能于晶圆厂装机。

但Hutcheson指出，18寸晶圆面临的最大障碍就来自于芯片设备业者，他们到目前为止仍对2000年初产业界转移至12寸晶圆时经历的艰辛记忆犹新；他表示，此时若推动更大尺寸晶圆、大量减少产业界的单位需求量，会让设备业者的生意受损：「设备业者就是不想要再经历一次转换至12寸晶圆时的痛苦。」

Hutcheson表示，产业界一开始推动18寸晶圆，是因为相信当半导体业者再也无法跟上摩尔定律(Moore’s Law)，会要一种替代方案来提升销售额；但显然摩尔定律还没走到尽头：「目前的状况是制程微缩反而让芯片市场成长趋缓。」

过去几年，半导体产业界成长脚步停滞，不需要像以前那样大量扩充产能；没有了对更大尺寸晶圆的充分需求，兴建18寸晶圆厂意味着芯片业者得先让12寸晶圆厂除役：「18寸技术陷入僵局的原因是，那是一个仍然距离太遥远的世代。」

半导体设备大厂应材(Applied Materials)的一位发言人表示，该公司已经暂缓18寸晶圆计划，因为过去几年产业界对该技术的兴趣逐渐消退：「我们转而专注于利用新一代材料与元件架构，协助我们的客户推动创新；我们将持续观察18寸技术的进展，以及该如何给予我们的客户最好的支援。」

纽约州立大学理工学院的Kelly强调，G450C专案的宗旨就是以严谨的态度判断转移18寸晶圆是否在技术上可行；在这方面，他认为G450C彻底成功：「所有的成员都感到满意，他们能在必要的时候转移至18寸技术。」

Kelly指出，除了证明18寸晶圆技术是可行的，G450C联盟成员也达成了其他有价值的进展，包括建立了无凹槽(notchless)晶圆片标准；而该联盟成员终究还是认为，目前的时机不适合将G450C推进第二阶段：「成员们决定，将会在感觉必要的时候重新启动相关工作。」

全球12寸晶圆产线续增 18寸晶圆之路渐行渐远

由于12寸晶圆持续扩大应用至非存储器领域，使得全球12寸晶圆生产线持续增加，据报道，2016年已接近100条产线，较5年前增加约20条产线，且预计未来4年将再增加近20条产线，相较之下，18寸晶圆商用化时程则会再往后延缓，业界预期2020年之前将不会有采用18寸晶圆进行大量生产的产线。

12寸晶圆除应用在DRAM和NANDFlash等需要大量生产的存储器芯片，亦持续扩大使用在非存储器产品，包括电源管理芯片、影像感测器等，甚至用来制造逻辑芯片、微型元件IC等，且为因应市场需求，将芯片产量最大化，半导体厂在12寸晶圆产线上，纷采用尖端技术促进制程微细化，并改变材料。

根据南韩ETNEWS引用ICInsights资料指出，12寸晶圆产线从2010年约73条，在2014年增至87条，2015年共有93条产线使用12寸晶圆2016年接近100条12寸晶圆厂，尤其是中国的入局，让12寸晶圆厂大增。预期2019年将增加到110条。若以晶圆尺寸对应生产量的市占率来看，全球12寸晶圆市场比重在2014年突破6成之后，呈现逐年走扬趋势，2015年比重逾62%，估计2019年将逼近65%。

至于次世代18寸晶圆虽可减少单位芯片生产成本，然引进时程持续减速，目前仅有少数产线采用18寸晶圆进行实验性生产，业者预期2020年之前将不会有采用18寸晶圆进行大量生产的产线。

半导体业者认为，18寸晶圆引进时程趋缓，主要系因初期需要大规模投资，由于晶圆尺寸改变，相关设备必须配合变动，不仅需要建设新工厂，设备亦需要更换，对半导体和设备厂来说负担不小，目前半导体业者大多转向活用现有设备，朝微细化制程方向进行投资。

半导体业者指出，18寸晶圆计划很早就喊卡，因为有能力进入18寸晶圆世代的厂商太少，只剩下台积电、三星电子（SamsungElectronics）和英特尔（Intel），尽管晶圆厂鼓励设备厂投入18寸晶圆技术研发，然设备厂完全看不到投资报酬率，一旦计划失败恐导致营运困顿，使得各家设备大厂纷踩煞车。

三大半导体厂态度迥异

据digitimes报道，全球18寸晶圆(450mm)世代时程至少将延至2018年，甚至传出英特尔(Intel)减速研发时程，微影设备机台大厂ASML亦传出停止新世代18寸晶圆机台开发，目前最心急18寸晶圆世代来临的应是三星电子(Samsung Electronics)，因为其着眼于18寸晶圆厂配合10纳米以下制程技术，将可驱动固态硬盘(SSD)大量取代传统硬盘市场。

半导体业者指出，18寸晶圆世代是半导体产业一定要驱动的方向，但当中面临的技术障碍比预期高，可能导致量产时程延后，目前全球有能力进入18寸晶圆世代的半导体厂，分别是台积电、英特尔及三星，而GlobalFoundries因为加入三星阵营，后续动态仍需观察，但三大半导体厂对于18寸晶圆世代的急迫性，显然有不同看法。

半导体业者表示，过去英特尔主导PC时代，在8寸和12寸晶圆世代研发总是冲锋抢第一，但因为英特尔没有赶上移动通讯大爆发世代，在18寸晶圆扩产脚步可能不会这么急迫，与过去态度迥异。

目前对于推展18寸晶圆最为急迫的应该是三星，由于其是DRAM和NAND Flash芯片霸主，存储器芯片是标准型大量产品，对于成本结构敏感度极高，转进18寸晶圆厂生产具有成本快速降低效应。另外，SSD需求再度翻红，且最大应用商机将不再是个人储存领域，而是云端储存、大型资料中心需要的伺服器应用，这亦让三星更急于推展18寸晶圆。

半导体业者认为，像是在SSD应用上，半导体厂若能驱动到18寸晶圆，配合10纳米以下制程技术生产NAND Flash芯片，将可大幅降低SSD成本结构，甚至可大幅取代传统硬盘，让SSD生产极具成本效益，因此三星将是最积极推动18寸晶圆世代的半导体厂。

至于台积电在28、20纳米制程成功抢攻市占率后，未来在16、10及7纳米制程蓝图都已擘划完成。半导体业者透露，18寸晶圆发展亦在台积电的蓝图中，但会更谨慎擘划，目前10纳米制程的试产线还没用到极紫外线(EUV)机台，预计仍是以多重曝光微影设备方式来作制程微缩。

业界预期18寸晶圆世代来临至少要到2018年左右，甚至有半导体厂喊出要到2020年，由于技术障碍高，能否获得台积电、英特尔和三星采用都是问题，至于设备业者投入庞大研发成本是否能够回收，亦将是一大问题。

半导体业者指出，半导体厂要降低生产成本可透过制程微缩或增加晶圆尺寸，由于制程微缩已见瓶颈，尤其10纳米以下难度大增，目前似乎只有增加晶圆尺寸来扩大产出，进而降低成本，尽管从12寸转至18寸晶圆面积可多出1.25倍，但因为投入研发和盖厂费用飙升，估计一座12寸厂成本约25亿美元，但18寸厂要100亿美元起跳，让厂商踌躇不前。

360°：Global 450 Consortium

全球18寸晶圆(450mm)开发主要是由Global 450 Consortium(G450C)组织主导，这是由全球五大半导体厂台积电、英特尔(Intel)、三星电子(Samsung Electronics)、IBM和Global Foundries在2011年成立的组织。

G450C的成立宗旨在于协调半导体厂和机台设备业者对18寸晶圆世代技术开发的不同意见。 18寸晶圆的技术障碍高是一大问题，但未来半导体客户过度集中，设备厂开发成本高，但未必能有足够回收，却是更严重的问题，因为这将导致设备厂投资上的疑虑，进而拖延半导体产业进入18寸晶圆世代的时程。为了让半导体厂与设备业者能更紧密合作，因此才成立了G450C。

半导体大厂除了组成产业组织外，为了加速设备研发的脚步，个别厂商也曾有对设备厂进行策略性投资的例子，如英特尔曾宣布投资41亿美元，入股最关键的微影设备大厂ASML ，第一阶段的研发重点是450mm Lithography技术，将分5年投入6.8亿美元，加上普通股投资约21亿美元取得10%股权，而第二阶段则是EUV Lithography技术开发，同样也分为5年，约投入10.2亿美元做技术研发，另外投资10亿美元取得5%股权。

台积电、三星电子对ASML也有类似的策略性投资。