200mm Fab Crunch

对模拟、MEMS和RF芯片不断增长的需求继续导致200mm晶圆厂产能和设备的严重短缺，而且这种情况没有减弱的迹象。

今天，200mm晶圆厂产能紧张，预计2018年下半年甚至2019年也会出现类似情况。事实上，2018年可能是200mm晶圆厂产能连续第三年吃紧。这同样适用于200mm设备。

虽然需求前景似乎是该行业的一个亮点，但这种情况在几个方面引起了许多客户的担忧。200mm市场并不包括300mm晶圆厂生产的尖端芯片，而是包含了大量由成熟节点的旧200mm晶圆厂生产的器件。这些产品包括消费类设备、通信集成电路和传感器。

在200mm，有一些复杂的动态。其中包括:

•idm和无晶圆厂设计公司希望满足200毫米晶圆厂生产芯片的需求。然而，目前尚不清楚供应商是否能够满足所有需求，因为全球200mm晶圆厂产能预计现在和未来都将保持紧张。
•作为回应，GlobalFoundries，三星，中芯国际，TowerJazz，台积电在美国，联华电子和其他公司都在争先恐后地增加或寻找200毫米的产能。与此同时，一家新的晶圆代工供应商天水科技(SkyWater Technology)也加入了200毫米晶圆代工的竞争。
•即使有200mm的产能可用，该行业也会陷入困境，因为它无法在市场上找到足够多合适的200mm晶圆厂设备。
•随后，由于无法获得足够的200mm产能或设备，一些芯片制造商正在重新考虑建造新的200mm晶圆厂的计划。相反，他们可能会建造300毫米的工厂。

对各方来说，这是一个复杂而焦虑的局面。“我们看到200mm仍然供不应求。很难找到任何额外的产能和上升空间。联华电子．“这曾经是一个周期性的事情。现在已经成为新的规范，200mm被完全分配。我们和其他业内人士都相信，这是未来的发展趋势。这不是umc特有的情况。这是一个全行业的情况。”

令人惊讶的是，200毫米晶圆厂预计至少会持续到2030年左右。像以前一样，挑战是采购200mm设备，这仍然供不应求。

事实上，200毫米设备的需求已经强劲了一段时间，尽管一些人认为2018年下半年将略有停顿，因为芯片制造商正在权衡他们的200毫米晶圆厂计划。地缘政治问题也是一个因素。Semico Research制造董事总经理乔安妮•伊托(Joanne Itow)表示:“200mm产能继续吃紧。”“有趣的是，对200mm二手设备的需求有所下降。”

200mm fab吊臂
集成电路市场分为几个部分。在前沿领域，芯片制造商正在300mm晶圆厂生产16nm/14nm及以上的芯片。在300mm晶圆厂，芯片制造商也生产16nm/14nm以上的芯片。

两个300mm段都在扩张。Semico Research分析师阿德里安娜•唐尼(Adrienne Downey)表示:“除了晶圆代工厂增加的逻辑产能外，韩国和中国也增加了大量300毫米的内存产能。”

但并非所有芯片都需要高级节点。模拟、MEMS、RF和其他产品在晶圆厂生产，晶圆尺寸为200mm或更小。不过，对于许多这类设备来说，200mm是最佳选择。

第一个200mm晶圆厂出现在1990年，晶圆尺寸成为多年的标准。随着时间的推移，随着芯片制造商在21世纪初开始迁移到更先进的300毫米晶圆厂，200毫米晶圆应该会缩小。到2007年，200mm达到顶峰，市场开始下滑。

图1:晶圆尺寸的相对差异冰

然而，在2015年末，该行业看到了对200毫米晶圆厂生产的芯片的意外需求。这使IC供应链不堪重负，导致2016年和2017年200毫米晶圆厂产能短缺。进入2018年，200mm产能仍然紧张，看不到结束的迹象。

尽管如此，对200mm的需求还是出乎业界意料，迫使芯片制造商和晶圆厂工具供应商更加认真地对待这项技术。例如，铸造厂通过新的和改进的工艺增加了200毫米的容量。然后，一些fab工具供应商开始建造新的200mm设备。

德国半导体分析师克里斯蒂安•格雷戈尔•迪塞尔多夫(Christian Gregor Dieseldorff)表示，总体而言，预计到2021年，200毫米晶圆厂的生产数量将从2016年的188个增加到202个半．这个数字包括idm和代工厂。

图2:200mm晶圆厂数量的增长。来源:半

中国正在建造大部分新的200毫米晶圆厂。“我们目前正在跟进中国在建的四座200毫米晶圆厂。这些产品主要用于铸造、电力和MEMS。”“另外两项(MEMS和功率IC)已经宣布。我们预计这些晶圆厂的建设将在今年年底和明年年底左右开始。”

一个典型的200mm晶圆厂每月生产约40000片晶圆。这些工厂在不同的节点上生产晶圆，从6微米到65纳米不等。“180nm/130nm/110nm有很多活动。这取决于特定的应用，”UMC的Ng说。“射频，特别是射频SOI，正在推动大量的容量增长。电力也包括在内。还有BCD之类的东西。”

在200mm领域，应用呈爆炸式增长。该公司战略和技术营销总监迈克•罗莎(Mike Rosa)表示:“我们看到应用空间正在扩大。应用材料200mm设备产品组。“你有电动汽车和ADAS。智能手机不断增加新功能。”

根据Rosa的说法，在这些设备的需求中，200mm晶圆厂的利用率从“80%以上到90%左右的范围”，有些公司目前报告100%。

据Semico的Itow称，2017年200毫米晶圆的需求增长了9.2%。Itow表示:“模拟、分立、mcu、光电子和传感器都对200mm晶圆容量的需求增加做出了贡献。”

2018年，市场在一定程度上正在降温。她说:“2018年200毫米晶圆需求将恢复到4.2%的历史增长常态。”

图3:20 18年各产品类别对200mm晶圆的需求。资料来源:Semico Research

冷却期的一个原因是晶圆厂产能紧张，制造商无法扩张。此外，即使设备制造商想要扩张，设备也缺乏。

不过，预计200毫米晶圆厂产能在一段时间内仍将紧张，尤其是在晶圆代工厂。GlobalFoundries RF业务部门高级副总裁Bami Bastani表示:“行业中的200mm已经超额预订。“很多东西都不需要高级节点。”

例如，智能手机采用了领先的芯片，但这只占设备的一小部分。Bastani说:“剩下的是PMICs、模拟和BCD类技术。”“你不希望这些产品的几何形状变得更小。在它们寿终正寝之前，客户都不愿意抛弃它们。”

一般来说，客户很乐意在廉价的200mm晶圆厂生产这些器件。但200mm的产能不足，且边际低于300mm。

这给铸造厂带来了几个挑战。首先，供应商必须继续投资和升级200mm的各种工艺。一个例子是汽车行业，客户希望更新工艺，即使它是用200mm制造的。“该行业需要继续投资于新技术。似乎我们开发这些技术的速度不够快，”应用材料公司的罗莎说。

除了投资新的200mm工艺外，代工厂还必须找到增加200mm产能的方法。以下是一些选择:

•收购一家拥有200mm晶圆厂的公司。
•建立新的200mm晶圆厂。
•增加200mm容量。
•将客户从200mm移动到300mm。
•建造一个300mm的晶圆厂。

走收购路线是一个想法。多年来，晶圆代工厂通过收购公司来获得技术和产能。但这是一个昂贵的选择。UMC的吴恩达说:“任何拥有8英寸晶圆厂并正在考虑出售的人都在对其进行溢价。”

另一个选择是建立一个新的200mm晶圆厂。挑战在于如何装备这些设施，并从长远来看获得回报。吴恩达说:“如果你打算投资增加产能，问题是这在商业上是否有意义。”“有很多应用推动了200mm的产能增长。成本是其中很重要的一部分。您可以支持容量增长。但如果它不是在一个具有成本效益的点上，它将无法满足需求。”

许多晶圆代工厂不走这些路线，而是将一些芯片从200mm移到300mm。这对某些产品是有意义的，但不是所有产品。“我们正在努力为客户寻找200mm的解决方案。我们相信，这其中的一部分将是将一些客户转移到有意义的300mm平台。”

对于一些芯片来说，将它们迁移到300mm是没有意义的。“许多200mm的应用对成本非常敏感。所以，做任何事情都是一个挑战。”“例如，一些功率离散的东西永远不会移动。”

然后，由于200mm的所有问题，一些人甚至在重新考虑他们的200mm晶圆厂计划。他们甚至正在考虑建造一个300毫米的工厂，这也是一个昂贵的选择。应用材料公司的Rosa说:“如果你看300mm，你的设备成本就会增加。“这是在你开始考虑你可能需要的技术的可用性和准备就绪之前。”

同时，代工客户也面临着一些挑战。除了从供应商那里获得足够的产能外，客户还必须评估代工行业的前景。每个代工厂都是不同的，每个代工厂提供不同的功能。

此外，这个领域还出现了一些新玩家。去年，天水公司收购了赛普拉斯半导体公司位于明尼苏达州布卢明顿的200毫米晶圆厂。此前，赛普拉斯在布卢明顿的工厂提供代工服务。

通过收购这家晶圆厂，SkyWater提供了一种扭曲的代工服务。它将自己定位为专业代工公司，拥有CMOS工艺以及生物技术、硅光子学、量子计算和超导技术。

天水有一个200mm晶圆厂，采用0.35微米、90nm和其他工艺。“如果你看看一些代工厂，它们产量很高，但不喜欢定制。定制能力是你需要花很多钱才能获得的。根据你的规模，他们可能不感兴趣，”SkyWater总裁托马斯·桑德曼(Thomas Sonderman)说。

“我们有能力在大容量的环境中进行开发。在赛普拉斯拥有晶圆厂时，晶圆厂掌握的一件事是，能够以较低的产量生产高组合的产品，同时仍然拥有世界级的产量。”“凭借我们的模式，我们可以以极具竞争力的价格为客户提供合适的数量。但在某种程度上，我们提供ASIC能力和专业技术能力。”

需要:200mm齿轮
与此同时，idm和代工厂希望扩大其200mm的产能。那么在哪里可以买到200mm的设备呢?

芯片制造商可以从晶圆厂设备制造商、二手设备公司、经纪商或eBay等在线网站购买二手设备。一些芯片制造商还在公开市场上出售二手设备。

最近，应用材料、ASML、KLA-Tencor、Lam Research、TEL和其他设备制造商一直在制造新的200mm设备。

根据二次设备供应商SurplusGlobal的数据，2018年初，该行业需要大约2000个新的或翻新的200mm工具来满足fab需求。然而，根据SurplusGlobal的数据，在2018年初，市场上只有500种200mm工具。

“我们仍然相信这是真的。我们仍然看到200毫米的需求没有得到满足，”SurplusGlobal美洲和欧洲执行副总裁Emerald Greig说。“idm和中国肯定在推动这一趋势，尽管我们看到美国和欧洲也有需求。”

这个周期的不同之处在于，2018年下半年200毫米设备的需求前景看起来不确定。“由于地缘政治因素，我们预计今年下半年将略有放缓，”Greig表示，“由于重新评估安装200mm或300mm设备，我们看到市场暂停。”

其他人则更为乐观。“市场真的很强劲，”Applied的Rosa说。“在200毫米的情况下，我们至少将迎来有史以来最强劲的一年。”

无论短期前景如何，预计200mm仍将持续一段时间，因此晶圆厂经理必须采购设备和备件来满足需求。从供应商那里购买200mm工具可以归结为几个因素:质量、声誉和服务。即便如此，无论是从OEM、二手设备供应商还是其他地方购买设备，都存在挑战。

“二手市场上的核心可以是各种状态。在光谱的一端，它可以是原始的。另一端可以被归类为‘现状’，在两者之间有一切，”罗莎说。“然后，我们看到200mm平台的可用性正在枯竭。这有什么用呢?这增加了交货时间。这迫使二手设备的价格上涨。”

并不是所有的200mm齿轮供应商都是一样的。一些公司提供新工具，而另一些公司则翻新现有工具。甚至有公司出售的系统不符合标准或根本无法工作的情况。

“有两种工具需求。有纯粹的能力增加工具。如果这只是一个容量的增加，这将是直接的，”罗莎说。“如果这是一个需要新技术的产能增加，那么你在二手市场上是找不到的。”

与此同时，在应用材料公司，fab工具供应商建造新的200mm设备，并在各个领域进行翻新。通常情况下，这是一个按订单建造的业务，交货时间从12到16周不等。

在某些情况下，应用材料公司将从头开始制造一个新的200mm工具。“这增加了交货时间和价格，”他说，“我们看到工具的asp正在接近Applied仅生产200mm时的水平。”

其他人也看到了竞技场的增长。“在可预见的未来，我们的200mm业务将继续保持强劲势头。我们的计划期限是2030年，有迹象表明，这个日期可能会进一步延长。这就是为什么我们继续在使能技术、生产力提高和过时解决方案上进行大量投资，”埃文·巴顿说，他是Reliant产品集团副总裁兼总经理林的研究．

对200mm工具的需求旺盛，尽管Lam跟上了订单率。Patton说:“虽然二级市场上可能缺乏二手工具，但在Lam的投资组合中不缺乏200mm设备。”

Lam正在开发新的和翻新的200mm工具，如蚀刻，沉积和清洁。他说:“我们正在投资开发新工具，使汽车、物联网和射频市场的先进设备成为可能。”

200mm设备的繁荣能持续多久仍然是个问题。就目前而言，今明两年的业务看起来都不错。“我们认为2019年对设备供应商和idm来说是又一个强劲的一年。随着idm试图将新工具挤进他们的制造车间，Fab空间变得越来越紧张。电话．

TEL通过提高工具的效率和可用性来应对这一需求。为了提高效率，TEL正在发布OEE(整体设备效率)硬件和软件升级，旨在改善传统的安装基础。”此外，TEL正在重新发布更新的工具平台，以确保我们的客户在未来十年甚至更长的时间内拥有现代化的、全面支持的工具集。”

TEL提供一系列200毫米的系统，如沉积，蚀刻，清洁和跟踪。许多平台能够同时运行100mm/200mm晶圆衬底。

虽然200mm设备的需求看起来很健康，但供应商正在密切关注可能影响订单率的情况。kra - tencor市场营销、成熟服务、系统和增强高级总监Ian O’leary表示:“由于预计200毫米晶圆产能将持续增长至2021年，我们预计200毫米产能的需求将持续几年。”

O 'Leary表示:“最终，目前与更大的设计规则器件相关的200mm部分需求驱动因素，可能会转向300mm晶圆和前沿节点。”“例如，对各种汽车芯片的需求迅速增长，从低端应用到高端应用。到目前为止，受成本分析的影响，汽车芯片从200mm到300mm的转变一直很缓慢，但我们将继续密切监控这些趋势，使我们的业务与市场需求保持一致。”

尽管如此，汽车设备制造商仍然需要200mm，尤其是在缺陷检测领域。在汽车行业，原始设备制造商要求芯片零缺陷。

通常情况下，设备制造商使用晶圆检测装置来检测缺陷。他说:“在这个领域，300mm晶圆厂需要的许多工具型号在200mm晶圆厂也需要。”

为了发现110nm工艺的潜在缺陷，晶圆厂需要65nm工艺的缺陷检测能力。因此，KLA-Tencor需要构建一个具有300mm功能的200mm检测工具。

显然，200mm将会继续存在。许多芯片需要在200mm工厂长期使用成熟的工艺。然而，该行业是否能够掌控供应链还有待观察。

有关的故事
200毫米危机?
200mm设备争夺战
采购二手设备
RF SOI战争开始