晶圓廠的進(jìn)入障礙分析

一、關(guān)鍵議題說(shuō)明
國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖(International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS)于2007 Edition的版本中指出，18吋晶圓廠的時(shí)間點(diǎn)最早會(huì)落在2012年，而當(dāng)時(shí)的DRAM及MPU/ASIC的制程技術(shù)為36nm，NAND Flash則為28nm(參考表一)。回顧過(guò)去，12吋晶圓廠的時(shí)間點(diǎn)最早落在2000年，與18吋晶圓廠的時(shí)間點(diǎn)相隔12年。目前全球產(chǎn)能仍是以8吋(200mm)比重最高，估計(jì)在2012年12吋(300mm)產(chǎn)能比重超過(guò)5成躍居主流，同時(shí)2012年18吋(450mm)晶圓也將進(jìn)入試產(chǎn)階段。

表一 半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖

持續(xù)摩爾定律是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最重要的議題之一，要將生產(chǎn)力提升或成本下降，主要包括制程持續(xù)向下微縮、采用新型設(shè)備、良率提升、及晶圓尺寸擴(kuò)大。以下就針對(duì)晶圓尺寸擴(kuò)大至18吋的議題作討論，目前國(guó)際上對(duì)18吋晶圓廠仍眾說(shuō)紛紜。

二、議題深度分析
(一) 對(duì)18吋晶圓廠持較積極的看法者，如ISMI及半導(dǎo)體芯片龍頭廠商
1.國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)制造協(xié)會(huì)(International Sematech Manufacturing Initiative，ISMI)率先定義「300mm-Prime計(jì)劃」，這是一套大約20項(xiàng)生產(chǎn)力增強(qiáng)計(jì)劃，旨在幫助目前的12吋晶圓廠逐步過(guò)渡到18吋晶圓，受到IC設(shè)備供貨商的普遍支持。

2.Sematech聯(lián)盟在2007年7月于Semicon West大會(huì)上提議「ISMI 450mm計(jì)劃」，從目前的12吋晶圓直接轉(zhuǎn)向18吋晶圓，并預(yù)期在2012至2014年間完成。推動(dòng)新計(jì)劃能把產(chǎn)品制造周期縮短50%，并使每片晶圓的成本再降低30%。

3.英特爾是少數(shù)負(fù)擔(dān)得起建設(shè)18吋晶圓設(shè)備的芯片制造商之一，也是「ISMI 450mm計(jì)劃」的最大擁護(hù)者。英特爾認(rèn)為唯有較大的晶圓才能使產(chǎn)業(yè)沿著摩爾定律的軌道向前邁進(jìn)，英特爾可能會(huì)在2012至2014年間興建第一座18吋晶圓廠。此外三星(Samsung)、臺(tái)積電(TSMC)和東芝(Toshiba)也提及興建18吋晶圓廠。

4.數(shù)家半導(dǎo)體設(shè)備和材料供貨商已悄然開(kāi)發(fā)首批原型450mm技術(shù)。

(二) 對(duì)18吋晶圓廠持較緩和的看法者，如半導(dǎo)體設(shè)備商
1.Brooks Automation公司總裁兼執(zhí)行長(zhǎng)Edward Grady認(rèn)為，半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)已無(wú)力負(fù)擔(dān)開(kāi)發(fā)18吋設(shè)備的費(fèi)用，過(guò)去IC設(shè)備產(chǎn)業(yè)擔(dān)負(fù)了12吋設(shè)備沉重的研發(fā)費(fèi)用，需要數(shù)十年的時(shí)間才足以回收其巨額的投資。

2.美商應(yīng)用材料(Applied Materials)公司總裁兼執(zhí)行長(zhǎng)Michael Splinter說(shuō)：我們的研發(fā)重點(diǎn)主要在于下一代技術(shù)節(jié)點(diǎn)，而非晶圓尺寸。我們認(rèn)為12吋晶圓廠的生產(chǎn)力會(huì)有極大進(jìn)展。

3.市場(chǎng)研究公司VLSI Research執(zhí)行長(zhǎng)G. Dan Hutcheson曾在于美國(guó)一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)策略研討會(huì)(ISS)表示，18吋晶圓廠可能在2020~2025年左右出現(xiàn)，估計(jì)IC設(shè)備產(chǎn)業(yè)可能因此花費(fèi)數(shù)百億美元的天價(jià)來(lái)開(kāi)發(fā)18吋設(shè)備。

4.Soitec公司總裁、CEO兼主席Andre-Jacques Auberton-Herve懷疑是否「ISMI 450mm計(jì)劃」確實(shí)可行，因?yàn)橹挥杏⑻貭�、三星、東芝和臺(tái)積電等少數(shù)芯片制造商可負(fù)擔(dān)得起建設(shè)18吋晶圓廠可能高達(dá)100億美元的巨額投資。

(三) 18吋晶圓廠的進(jìn)入障礙
綜合上述，18吋晶圓廠的進(jìn)入障礙，主要包括資金面、技術(shù)與設(shè)備面、生產(chǎn)規(guī)模面等。

1.資金面的挑戰(zhàn)
因投資18吋廠的資本支出過(guò)大，預(yù)估興建一座18吋廠至少需要60億至100億美元(參考圖一)，依據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)，8吋過(guò)渡到12吋的廠商從75家左右到26家，因此預(yù)估未來(lái)全球能夠建置18吋廠的公司只有10家，代表廠商如Intel、Samsung、Toshiba及臺(tái)積電等。

圖一 晶圓廠投資金額趨勢(shì)

2.技術(shù)與設(shè)備面的挑戰(zhàn)
制程設(shè)備及技術(shù)成本增加，以一座18吋廠，每月3萬(wàn)片產(chǎn)能規(guī)模，設(shè)備將需要花費(fèi)45億美金。而半導(dǎo)體設(shè)備廠開(kāi)發(fā)18吋設(shè)備所需的研發(fā)經(jīng)費(fèi)將高達(dá)160億美金以上，導(dǎo)致只有少數(shù)設(shè)備供貨商有能力供應(yīng)18吋設(shè)備，且需要芯片供貨商共同投入與支持。

3.生產(chǎn)規(guī)模面的挑戰(zhàn)
一座18吋廠的生產(chǎn)規(guī)�？赡苁�12吋廠的二倍以上，如此龐大的產(chǎn)能一定要有夠大的芯片產(chǎn)品來(lái)支持，目前看起來(lái)以Memory、CPU、部分Logic產(chǎn)品及代工芯片規(guī)模夠大。代表廠商如生產(chǎn)CPU的Intel、生產(chǎn)Memory的Samsung及Toshiba，以及代工業(yè)務(wù)的臺(tái)積電等。

從歷史來(lái)看，晶圓尺寸從4吋、5吋、6吋、8吋到12吋等，可知增加晶圓尺寸是降低每平方英吋芯片制造成本的一個(gè)重要因素。雖然目前IC廠商還在努力把12吋晶圓廠成本最佳化，但在18吋晶圓能再降低每平方英吋的芯片制造成本的前提下，并透過(guò)半導(dǎo)體材料、設(shè)備及芯片商的共同努力，18吋晶圓廠的實(shí)現(xiàn)只是時(shí)間快慢的問(wèn)題。