一文帶你搞懂晶圓和半導體晶圓產業鏈

在2018年半導體行業的小夥伴們最大的感受肯定就是漲漲漲,馬上2020年各大廠商又放出消息由於晶圓緊張SSD、存儲和其它芯片又要迎來一波漲價潮!!搞物料和採購的小夥伴們一定傷不起。。。又得求爺爺告奶奶開始找資源囤貨了。

那麼究竟什麼是晶圓呢?為什麼晶圓在半導體產業鏈中這麼重要呢?針對這兩個直擊靈魂的問題,需要我們從龜腚說起。。不對,從硅錠說起,首先硅錠長下面這樣:

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晶圓的主要材料是硅,日常生活中隨處可見了的沙子中就富含二氧化硅,這些沙子經過一系列複雜的工藝,變成了上圖“銀光閃閃”的硅錠,將硅錠切割成一片一片的之後它就換了一個馬甲,我們稱之為“晶圓(wafer)".

至於沙子怎麼一步步的變成wafer以及芯片的過程,可以參考下面的文章:一粒沙是怎麼變成芯片的 。

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圖 沙子提純、高溫整形、旋轉拉伸變成“龜腚”

在跟芯片供應商談價格的時候,供應商經常說的8寸晶圓、12寸晶圓,在形容晶圓廠的時候也會說8寸晶圓廠,12寸晶圓廠,8寸和12寸究竟是什麼?一臉迷惑。。。

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其實在業內,通常是通過尺寸這個參數來描述這些晶圓的,8寸和12寸指的是晶圓的直徑,晶圓的尺寸越大,製造的難度也就越高,當然這些大晶圓切割出來的芯片也就越多。

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目前全球芯片市場上,使用最主流的晶圓有三種規格:6 寸、8 寸、12 寸。現在市場上12寸的晶圓是主流,將近7成的產能都是12寸晶圓。


不同種類的芯片一般來說使用的晶圓規格是不一樣的,晶圓的規格趨勢總體上是往越來越大的方向發展的。

  • 功率半導體——6寸和8寸晶圓
  • MCU等處理器——8寸晶圓
  • 邏輯芯片和存儲芯片——12寸晶圓


從使用領域的角度來看,目前對12寸晶圓需求最強的是存儲芯片(NAND和DRAM),8寸晶圓更多的是用於汽車電子等領域。下表的數據是目前6寸、8寸、和12寸晶圓的佔比數據。

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另外,不同規格的晶圓的工藝往往也是有差別的。在工藝的類型劃分,可以將wafer劃分為3種:拋光片、外延片和以 SOI 硅片。

一般而言,8寸以下的集成電路產線用拋光片,45nm及以下線寬的12 寸晶圓用外延片,SOI 是一種新型工藝。

拋光片是應用最為廣泛的工藝,因為其它的工藝都是在拋光片的基礎上進行二次開發的,拋光片可以用於製作存儲芯片、功率器件以及外延片的襯底材料。

外延片是在拋光片的基礎上生長了一層單晶硅,一般用於通用處理器芯片、二極管以及IGBT功率器件的製造。

SOI主要用於射頻前端芯片、功率器件和汽車電子等領域。


在整個製作晶圓的流程中,製造工序分為如下幾步,其中拉晶、拋光和檢測是晶圓製造的核心環節。

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說完了wafer的基本概念、劃分和工藝,有的小夥伴可能會問了,為什麼晶圓產業鏈對芯片影響這麼大?

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作為芯片設計源頭產業我們當然清楚其在最終芯片中的影響因素,但是晶圓往往受到各個時期的產能、晶圓公司的盈利、以及國產晶圓等方方面面的因素有關。

其中除了產能本身導致的原因以外,還有一個重要原因就是半導體廠商的產能在一年以內的週期往往是穩定的,不會輕易的擴產。當年市場上某款芯片的成本往往取決於各家爭取資源的能力,比如2017/2018年就因為部分8寸wafer資源被用於生產IGBT類的功率芯片,從而導致其它的使用8寸晶圓生產的芯片如傳感器漲價。

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再說到晶圓產業鏈上,目前市場上的晶圓市場基本被大約15家晶圓廠壟斷了95%的份額,主要原因就是晶圓的製造難度很大,而客戶對純度和尺寸的要求又非常高,國產晶圓廠面臨著的是逆境突圍的局勢。

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信越半導體、盛高、環球晶圓、世創、LG等為代表的晶圓企業幾乎供應了全球八成的半導體企業,而且長期處於供不應求的狀態。

在晶圓的下游晶圓代工行業,老大就是寶島臺灣的TSMC即聲名赫赫的臺積電,找了一下CSIA(中國半導體協會)的數據,臺積電竟然佔據了晶圓代工52.7%的份額,緊隨其後的是三星,市場佔有率約為17.8%,第三是格羅方德,大陸的中芯國際以4.3%的市場佔有率排在第五位,顯然還有很長的道路要走。


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