无解的硅片
来源:半导体行业观察发布时间:2021-10-2086浏览
询问 AI本周，SEMI发布了年度半导体产业硅片出货预测报告，预估今年硅片出货量增长幅度将达13.9%，逼近140亿平方英寸。
SEMI预估全球硅片出货量将一路走强至2024 年，预期2022年出货量将增长 6.4%、达到148.96亿平方英寸，2023 年、2024 年出货量将分别增长4.6%、2.9%，年年改写新高。硅片大厂相继对产业后市释出乐观展望，各大硅片厂相继扩产，新产能有望在2~3年后陆续释放，在产业景气度持续走高的情况下，半导体厂积极提高库存水位，而未有新产能加入市场的空窗期，成为各晶圆代工厂争相“锁定”产能的关键期，签长约意愿也随之增加。以环球晶为例，该公司持续与客户签长约，长约期间最长已达 8 年，且价格上涨趋势显著，若以目前预付货款来计算，相当于在手订单金额已超过千亿元新台币。随着市场对产业缺货预期升温，环球晶在手长约订单比重，已逼近前一波硅片景气高峰的2017~2018年，现货急单也持续涌入，一路排到明年上半年，6英寸、8英寸和12英寸产能全线满载。据了解，环球晶在 2017、2018年硅片处于景气高峰时，长约比重最高达 7-8 成以上；为避免越晚签长约，面临的不确定因素越多，近来晶圆代工厂相继确保后续稳定的产能供给。目前，环球晶长约比重已逼近当时景气高峰水平，且相较于当时长约期间约 2-3 年，目前这一波景气循环长约已拉长至5-8年。除环球晶外，近来包括日本信越 (Shin-Etsu)、胜高 (SUMCO) 等硅片大厂，都看好产业供不应求情况将延续至 2023 年；胜高也与客户签订了5年长约，并将在日本建新厂扩产。
晶圆厂产能大幅增容
硅片如此强手，主要原因是全球晶圆厂产能供不应求，且在不断扩产增容中。
来自SEMI的数据显示，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）。
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）。
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。
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。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。
今年上半年，台湾地区有多个晶圆厂项目上马：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；南亚科宣布斥资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，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；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年试运营。
在大陆地区，中芯国际先后宣布在深圳和北京新建晶圆厂。以深圳为例，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。
此外，英特尔已经确定在美国新建两座12英寸晶圆厂，还要再欧洲建设8座新厂。
三星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。该公司也在紧锣密鼓地在美国筹划5nm制程新厂的选址，以与台积电在美国一较高下。
不止12英寸，今年来，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。
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。
拉动硅片扩产
目前来看，全球五大硅片厂商占据了92%的市场份额，它们是日本信越（Shin-Etsu）、日本胜高（SUMCO）、中国台湾环球晶（Global Wafer）、德国世创（Siltronic）和韩国SK Siltron。
面对晶圆厂的产能需求，以这五大巨头为代表的硅片厂商也在扩产，但扩产速度与市场需求增速相比较为缓慢，且扩产主要集中于12英寸硅片。据SUMCO公司统计，2020 年，全球8英寸硅片总产能约为500万片/月，产能规模基本维持稳定，12英寸硅片总产能约为600-700万片/月，产能有所提升。2020年以后，即使基于现有厂房进行快速扩产，全球12英寸硅片的扩产空间也相对有限。
由于全球硅片厂商的扩产速度未能跟上市场需求的脚步，只要资金到位，扩充产能就成为当务之急。
SUMCO公司CEO桥本真幸表示，他在半导体业摸爬滚打了20多年、芯片在如此长的时间呈现全球性短缺状态是前所未见的。以8英寸硅片为主，涌入了超过该公司产能的订单。就芯片用途来看，逻辑产品用12英寸硅片短缺，而更为短缺的是用于汽车的8英寸产品。
桥本真幸指出，当前，最大的难题是没有可用来增产的厂房。今后来自5G、数据中心芯片的需求将会上升，必须评估建造新工厂，才能满足未来几年市场对硅片的需求。
自2008年以来，SUMCO的增产投资都是扩增现有工厂的产能，未兴建新工厂，今年宣布建造新厂，再次改写了该公司历史。
除了国际大厂，中国本土硅片企业的涨价和扩产也在进行。
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、上海新晟、中欣晶圆和中环股份。
今年1月，沪硅产业披露定增预案，拟募资50亿元投入12英寸高端硅片研发与先进制造项目、12英寸高端硅基材料研发中试项目。项目实施后，该公司12英寸硅片产能将达60万片/月。
神工股份方面，自2016年起，该公司开始了8英寸硅片的研发工作，主要产品低缺陷硅片对标日本信越同类产品，已产出粗磨硅片。
立昂微方面，今年3月，该公司发布了非公开发行股票预案拟募资52亿，其中22.8亿用于年产180万片12英寸硅片，占总募资额的44%。完全达产后，立昂微12英寸硅片年产能预计扩大180万片。立昂微还表示，国内6英寸硅片出现供不应求的情况，该公司于2021年初上调了6英寸硅片价格。
中环股份表示，其硅片总产能规划为：8英寸105万片/月、12英寸62万片/月。目前已建成产能8英寸硅片50万片/月、12英寸7万片/月。该公司称其12英寸晶圆在关键技术、产品性能质量取得重大突破，已量产并供应国内主要数字逻辑芯片、存储芯片生产商。
结语
全球硅片市场都在扩产当中，但总体还是处于供不应求的状态，这一问题在短期内恐怕难以解决。
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