無解的硅片
無解的硅片
來源：半導體行業觀察 作者：瘋狂的芯片
本周，SEMI發布了年度半導體產業硅片出貨預測報告，預估今年硅片出貨量增長幅度將達13.9%，逼近140億平方英寸。
SEMI預估全球硅片出貨量將一路走強至2024 年，預期2022年出貨量將增長 6.4%、達到148.96億平方英寸，2023 年、2024 年出貨量將分別增長4.6%、2.9%，年年改寫新高。
硅片大廠相繼對產業后市釋出樂觀展望，各大硅片廠相繼擴產，新產能有望在2~3年后陸續釋放，在產業景氣度持續走高的情況下，半導體廠積極提高庫存水位，而未有新產能加入市場的空窗期，成為各晶圓代工廠爭相“鎖定”產能的關鍵期，簽長約意愿也隨之增加。
以環球晶為例，該公司持續與客戶簽長約，長約期間最長已達 8 年，且價格上漲趨勢顯著，若以目前預付貨款來計算，相當于在手訂單金額已超過千億元新臺幣。隨著市場對產業缺貨預期升溫，環球晶在手長約訂單比重，已逼近前一波硅片景氣高峰的2017~2018年，現貨急單也持續涌入，一路排到明年上半年，6英寸、8英寸和12英寸產能全線滿載。據了解，環球晶在 2017、2018年硅片處于景氣高峰時，長約比重最高達 7-8 成以上；為避免越晚簽長約，面臨的不確定因素越多，近來晶圓代工廠相繼確保后續穩定的產能供給。
目前，環球晶長約比重已逼近當時景氣高峰水平，且相較于當時長約期間約 2-3 年，目前這一波景氣循環長約已拉長至5-8年。
除環球晶外，近來包括日本信越 (Shin-Etsu)、勝高 (SUMCO) 等硅片大廠，都看好產業供不應求情況將延續至 2023 年；勝高也與客戶簽訂了5年長約，并將在日本建新廠擴產。
晶圓廠產能大幅增容
硅片如此強手，主要原因是全球晶圓廠產能供不應求，且在不斷擴產增容中。
來自SEMI的數據顯示，全球半導體制造商將于今年年底前啟動建設19個新的高產能晶圓廠，2022年會再建10個，這樣，近兩年將有至少29個晶圓廠開建。其中，中國大陸和臺灣地區各有8個，其次是美洲6個，歐洲/中東3個，日本和韓國各兩個。這些新廠以12英寸晶圓廠為主，2021年有15個，2022年有7個。其它7個晶圓廠分別為4英寸、6英寸和8英寸廠。完成后，這29個晶圓廠每月可生產260萬片（8英寸約當晶圓）。
在這29個晶圓廠中，15個為晶圓代工廠，月產能達3萬至22萬片（8英寸約當晶圓）；4個是存儲器廠，這些新廠產能更高，每月可制造10萬至40萬片（8英寸約當晶圓）。
12英寸晶圓方面，最大資本支出用在了存儲芯片（DRAM和3D NAND）上，預計2020到2023年的實際和預測投資額每年都將以高個位數增長，2024年幅度有望進一步擴大到10%。另外，用于邏輯芯片/MPU和MCU的投資在2021到2023年也將穩步提高，特別值得關注的是功率器件，用在該類產品的投資增長幅度在2021年有望超過200%，而2022和2023年也將保持兩位數的增長率。
從2020下半年開始，各大廠商加快了12英寸晶圓廠的擴產步伐，多個項目紛紛上馬。
晶圓代工龍頭臺積電宣布2021年資本支出由之前預估的250-280億美元提升至300億美元，其中逾8成用于先進制程投資，而7nm、5nm、3nm、2nm這些制程產線都采用12英寸晶圓。
不久前，臺積電還宣布3年投資1000億美元擴建晶圓廠，并確認將投資28.87億美元擴充南京廠28nm制程工藝產能，每月增加4萬片晶圓產量，主要用于生產汽車芯片。按照計劃，臺積電南京廠的28nm制程產能將于2022年下半年量產，2023年中達到4萬片晶圓/月的滿載產能目標。目前，臺積電的南京工廠主要生產16nm芯片，月產能約為2萬片晶圓。
今年上半年，臺灣地區有多個晶圓廠項目上馬：3月下旬，力積電舉行了銅鑼12英寸晶圓廠動土典禮，總投資額達新臺幣2780億元，總產能每月10萬片，將從2023年起分期投產，滿載年產值超過600億元；南亞科宣布斥資3000億元新臺幣，在臺灣地區新北市泰山南林科技園區投資興建12英寸先進晶圓新廠，最快將于今年底動工，2023年完工試產。此座廠房將采用南亞科技自主研發的10nm級制程技術生產DRAM芯片，并規劃建置EUV生產技術，月產能約為45,000片晶圓；華邦電子董事會決議通過了12英寸晶圓廠資本支出預算案，核準資本預算約新臺幣131億2,700萬元。該資本支出預算案主要用于高雄新廠，于2021年3月起陸續投資，并于2022年試運營。
在大陸地區，中芯國際先后宣布在深圳和北京新建晶圓廠。以深圳為例，依照計劃，中芯深圳將開展項目的發展和營運，重點生產28nm及以上的集成電路并提供技術服務，旨在實現最終每月約40,000片12英寸晶圓的產能。預期將于2022年開始生產。
此外，英特爾已經確定在美國新建兩座12英寸晶圓廠，還要再歐洲建設8座新廠。
三星除了在韓國本土和美國新建12英寸廠之外，其在中國的投資力度非常大，主要表現在西安的存儲器廠。該公司也在緊鑼密鼓地在美國籌劃5nm制程新廠的選址，以與臺積電在美國一較高下。
不止12英寸，今年來，8英寸晶圓廠和產能狀況也非常惹人關注，因為市場需求出現了前所未有的高漲。
SEMI的統計報告顯示，全球半導體制造商從2020到2024年將持續提高8英寸晶圓廠產量，預計增加95萬片，增幅17%，達到每月660萬片的歷史新紀錄。未來幾年，晶圓制造商將增設22座8英寸晶圓廠，以滿足5G、汽車和物聯網（IoT）等高度依賴模擬、電源管理和顯示驅動IC、功率組件MOSFET、MCU及傳感器等器件的增長需求。
拉動硅片擴產
目前來看，全球五大硅片廠商占據了92%的市場份額，它們是日本信越（Shin-Etsu）、日本勝高（SUMCO）、中國臺灣環球晶（Global Wafer）、德國世創（Siltronic）和韓國SK Siltron。
面對晶圓廠的產能需求，以這五大巨頭為代表的硅片廠商也在擴產，但擴產速度與市場需求增速相比較為緩慢，且擴產主要集中于12英寸硅片。據SUMCO公司統計，2020 年，全球8英寸硅片總產能約為500萬片/月，產能規模基本維持穩定，12英寸硅片總產能約為600-700萬片/月，產能有所提升。2020年以后，即使基于現有廠房進行快速擴產，全球12英寸硅片的擴產空間也相對有限。
由于全球硅片廠商的擴產速度未能跟上市場需求的腳步，只要資金到位，擴充產能就成為當務之急。
SUMCO公司CEO橋本真幸表示，他在半導體業摸爬滾打了20多年、芯片在如此長的時間呈現全球性短缺狀態是前所未見的。以8英寸硅片為主，涌入了超過該公司產能的訂單。就芯片用途來看，邏輯產品用12英寸硅片短缺，而更為短缺的是用于汽車的8英寸產品。
橋本真幸指出，當前，最大的難題是沒有可用來增產的廠房。今后來自5G、數據中心芯片的需求將會上升，必須評估建造新工廠，才能滿足未來幾年市場對硅片的需求。
自2008年以來，SUMCO的增產投資都是擴增現有工廠的產能，未興建新工廠，今年宣布建造新廠，再次改寫了該公司歷史。
除了國際大廠，中國本土硅片企業的漲價和擴產也在進行。
特別是在12英寸硅片領域，中國本土市場份額低，大多依賴進口，多數國內廠商已具備8英寸硅片的量產能力，但在技術積累和市場占有率方面與國際硅片大廠相比，存在較大差距。面對12英寸硅片市場需求激增，中國本土硅片企業大都在加緊布局，制定擴產計劃。代表企業包括滬硅產業、上海新晟、中欣晶圓和中環股份。
今年1月，滬硅產業披露定增預案，擬募資50億元投入12英寸高端硅片研發與先進制造項目、12英寸高端硅基材料研發中試項目。項目實施后，該公司12英寸硅片產能將達60萬片/月。
神工股份方面，自2016年起，該公司開始了8英寸硅片的研發工作，主要產品低缺陷硅片對標日本信越同類產品，已產出粗磨硅片。
立昂微方面，今年3月，該公司發布了非公開發行股票預案擬募資52億，其中22.8億用于年產180萬片12英寸硅片，占總募資額的44%。完全達產后，立昂微12英寸硅片年產能預計擴大180萬片。立昂微還表示，國內6英寸硅片出現供不應求的情況，該公司于2021年初上調了6英寸硅片價格。
中環股份表示，其硅片總產能規劃為：8英寸105萬片/月、12英寸62萬片/月。目前已建成產能8英寸硅片50萬片/月、12英寸7萬片/月。該公司稱其12英寸晶圓在關鍵技術、產品性能質量取得重大突破，已量產并供應國內主要數字邏輯芯片、存儲芯片生產商。
結語
全球硅片市場都在擴產當中，但總體還是處于供不應求的狀態，這一問題在短期內恐怕難以解決。
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