半导体

未来Foundry厂的业务更加复杂多变

作者:电子信息产业网来源:半导体行业观察发布时间:2017-02-06 09:41我要评论

在动荡的商业环境中,硅晶圆代工业在2017年的一些细分市场预计将稳步增长。

与过去几年一样,预计晶圆代工市场在2017年的增长速度依然快于整个IC产业。但与此同时,foundry的客户群会延续过去两年的并购热潮。而合并就意味着foundry厂的客户逐渐减少。

不确定因素的增多是2017年整体IC市场的状态,包括经济和政治环境中的一些不稳定性。

但是,foundry市场仍然是亮点。2016对代工厂来说是一个相对好的年份,在经过2015年的低迷后,2016年上半年的市场需求明显回温。 UMC业务管理副总裁Walter Ng说:“ 2016年是foundry厂的一个好年景。”

展望未来,foundry厂对2017年持谨慎乐观态度。“我们所看到的,客户并未表现出对大变化的期望,”Walter Ng说:“整个业务的发展看起来比较健康,而对8英寸产品的需求相当强劲。”

根据Semico研究公司总裁Jim Feldhan的预测,2016年全球晶圆代工市场预计增长6%%,而2017年将提高到10%%。”

然而,代工厂依然面临着一些固有的挑战:

•开发先进制程技术的成本在每个节点持续攀升;

•更少的代工客户可以负担设计先进芯片;

•foundry客户继续整合;

•客户担心成本,周期和库存控制方面存在的压力。

但是,代工厂也在不断创新,预计在2017年将推出一系列新工艺。例如,在高端,英特尔,三星和台积电将在2017年推出10nm finFET。此外,TSMC计划推出新的12nm finFET衍生产品,另外,7nm的也在进行当中。

此外,高端平面制程市场依然强劲,而其他晶圆代工市场,如BCD,CMOS图像传感器、嵌入式存储器、混合信号、功率半导体和RF,需求都很强。

为了帮助行业了解2017年的发展趋势,Semiconductor Engineering在前沿节点、平面制程工艺和专业前沿领域对foundry市场进行了调查分析。

数说IC市场

IC市场呈现出越来越复杂的状态。例如,在一项预测中,与2015年相比,Semico原本预计2016年整体半导体市场将下降2.5%%,然而,Semico统计显示,2016年IC市场将增长4.2%%。

Feldhan指出了几个宏观趋势,影响了2016年下降的IC市场。首先,2016年世界经济增长低于2015年; 第二,以前持续增长的半导体市场出现了下跌或扁平化的态势,Feldhan说,PC市场继续下降,而智能手机市场饱和,且增长率放缓。除此之外,与PC和智能手机相关的芯片价格在2016年经历了明显的下降。最后,存储市场,特别是DRAM,在2016年上半年经历了产能过剩和价格下跌。

但这里也有一些好消息,2017年,Semico预计半导体市场将恢复正增长,比2016年增长5.3%%,预计IC需求在2017年将增长5.2%%。

Semico的Feldhan在2017年看到几个宏观趋势,“世界经济增长预计会略好,此外,智能手机市场预计将略有增强,导致定价更稳定。而且内存市场将实现平衡,导致价格稳定,同时,DRAM和NAND的需求增加。”

总而言之,业界对于2017年仍然保持谨慎乐观。“客户继续像往常一样开展业务,虽然行动还显得有一些谨慎”,UMC的Ng说。

例如,OEM想要保持他们的库存精益,但同时,他们也面临着降低产品成本的压力。“这意味着(芯片制造商的)终端客户对成本依然非常敏感”,Ng说,“所以客户们都会来要求我们持续缩短制造周期,以满足他们产品上市的时间要求。”

根据IC Insights统计,汽车、数字电视、物联网和医疗电子在2017年及以后都是强劲增长的市场。

固态硬盘(SSD)驱动器市场也很强劲,从而推动着NAND的增长。三星存储高级副总裁Chun Sewon表示:“由于高密度数据中心产品的不断增加,以及企业对闪存阵列的广泛采用,对服务器SSD的需求将保持强劲增长。”

然而,传统的平面制程NAND难以再缩小节点,因此,行业正在从平面向3D NAND演进。Lam Research全球产品部首席技术官Yang Pan说:“我们仍然处于3D NAND的早期,每单位面积的密度还将增加。”

Applied Materials公司营销和业务发展副总裁Arthur Sherman说:“展望未来,我们对虚拟和增强现实、大数据、人工智能和智能汽车的新兴应用发展充满期待。”

高端应用依赖FinFET

在代工业务方面,英特尔,三星和TSMC预计将在2017年从16nm / 14nm finFET转变为10nm finFET。英特尔和三星都认为10nm将是一个重要的工艺节点。

相比之下,台积电表示10nm是一个过渡性节点,其在2017年更加强调7nm。而GlobalFoundries跳过了10nm,直接来到7nm。

目前,关于制程节点,众说纷纭,界线并不清晰,甚至有些混乱。首先,10nm和7nm的定义和规格就有些模糊。另外,当这些技术的设计和工艺成本对于大多数公司来说过于昂贵时,代工厂都在竞相追逐采用这些先进工艺节点的、数量有限的客户,激烈的竞争就难免会出现无序的状况。

“台积电和三星有不同的策略,”Gartner分析师王小龙说:“台积电认为10nm是一个过渡节点,TSMC鼓励客户使用7nm以及12nm,这是16nm的衍生产品。只有少数客户使用台积电的10nm,他们的10nm晶圆产量将在2017年开始上升,但在2019年将下降。”

台积电预计将于2017年初进入7nm风险生产。“我们的7nm不仅被高端移动客户采用,还被高性能计算客户采用,包括GPU、游戏、PC和平板电脑,虚拟现实、服务器、FPGA、汽车和网络应用,”台积电总裁兼联席CEO Mark Liu在最近的一次电话会议上说。

事实上,台积电计划在7nm打败其竞争对手,为此,它将现有的193nm浸入和多重图案化技术用于7nm,这被认为是一个复杂的方案。foundry厂宁愿使用极紫外(EUV)光刻,这将简化图案化流程。但是,EUV将不能及时为台积电的7nm时间表做好准备,因此计划在5nm引入EUV。

相比之下,三星计划等到EUV准备就绪,再导入7nm技术。“没有EUV,7nm技术实现太难,”三星半导体代工业务高级副总裁洪浩说:“这将带来更高的掩模层数和更高的制造复杂性。”

总部设在香港的全球技术基金eFusion的首席执行官Dan Heyler表示:“对于7nm,台积电和三星的时间表是非常激进的。台积电似乎处于领先地位。”

在7nm,以三星为代表的厂商都在押宝EUV,EUV也在不断进步,但它还没有完全为量产做好准备,电源、抗蚀剂和掩模仍然存在问题。

“多家foundry厂和技术已经证明多图案化的可行性,“Coventor首席技术官David Fried说:“我们将在2017年看到EUV对7nm工艺提供明确的保障,这些是EUV可以导入产线并作为复杂多图案化替代的关键。”

然而,不要期望在7nm工艺节点就可以广泛采用EUV。“真正的密度优势将发生在5nm,那时才能在整个流程中更广泛地部署EUV,”Fried说。

同时,16nm / 14nm finFET市场依然活跃。

GlobalFoundries、英特尔、三星和台积电将继续开发这些制程。而在2017年,联华电子有望导入14nm finFET。

“许多今天的28nm客户将使用14nm / 16nm finFET,”Gartner分析师的王说:“14nm / 16nm finFET晶圆的需求在未来几年内不会下降。”

Coventor的Fried说:“我们已经看到了几个器件级的纳米线和其他新器件的演示,也看到了带有5nm技术元素的几个图案化级演示。2017年,我们需要看到更系统化的演示,例如功能SRAM阵列。”

平面制程,嵌入式存储器和RF

并不是所有的晶圆代工客户都转向finFET。一些将停留或转移到28nm和22nm平面制程工艺节点。

FinFET针对高端应用而设计,而28nm和22nm针对价格敏感和低功耗市场。“性能非常重要,”GlobalFoundries物联网、汽车和新市场营销副总裁Rajeev Rajan说:“但成本效益也很重要。”

然而,领先的平面制程市场正变得越来越拥挤。“28nm晶圆需求将继续保持高位,”Gartner的王说:“但是由于竞争激烈,28nm的收入可能会下降。”

GlobalFoundries、三星、中芯国际、台积电和UMC提供28nm量产工艺,此外,三星还提供28nm全耗尽型绝缘体上硅(FD-SOI)技术。并且在2017年,GlobalFoundries预计将增加22nm FD-SOI。

市场有足够大的容量,以满足包括FD-SOI在内应用需求。“一种技术不适合所有应用,”GlobalFoundries的Rajan说:“市场有不同的需求。”

同时,嵌入式存储器和RF也是代工厂的增长市场。今天,嵌入式市场主要由基于NAND和NOR的传统闪存占据,嵌入式闪存主要用于微控制器和其他设备。

嵌入式闪存的主流制程是40nm及以上,有些正向28nm演进。除此之外,几家代工厂正在与下一代存储器客户合作,例如FRAM、MRAM,ReRAM甚至是碳纳米管RAM。foundry厂希望为客户提供下一代存储IP。

例如,GlobalFoundries正在为其22nm FD-SOI工艺开发嵌入式MRAM。另一家供应商SMIC正在根据存储器初创公司Crossbar的技术,开发嵌入式ReRAM。

但是,下一代存储器类型仍然需要等待多年的研发后才能起飞,当他们最终崛起时,这些新技术会取代现有的嵌入式闪存或传统存储器,如DRAM和NAND。

“嵌入式存储器的经济性和应用不同于独分立式内存,”GlobalFoundries的嵌入式存储器副总裁Dave Eggleston说:“高性能嵌入式NVM将与传统DRAM和NAND独立式存储器共存。”

除了新的存储IP,代工客户还需要集成制程。作为回应,代工厂正在将其制程与非易失性存储器和RF CMOS功能集成。

RF涉及多种标准,例如蓝牙和802.11。“对于非易失性,无线和低功耗的技术要求趋于一致,”UMC的Ng说:“他们正在使用板载存储器和无线通信协议来驱动控制器。很多都集中在55nm和40nm,一些领先的应用甚至会采用28nm制程。”

专业制程

零碎的专业工艺代工市场也很强大,特别是双极/ CMOS / DMOS(BCD),混合信号和高端RF。

一些工艺用于200mm晶圆,有一些工艺还转移到了300mm。“我们看到很多8英寸的需求,”联华电子Ng说:“这些应用非常强大,无论是电源管理还是RF SOI。一些像MOSFET这样的老技术依然有着很大的市场需求。”

BCD技术正在升温,其基于0.18微米和0.13微米,BCD工艺用于智能手机和其他产品中的电源管理IC,最近,BCD正在进入汽车领域。

GlobalFoundries、MagnaChip,意法半导体和台积电正在BCD市场竞争。最近,联电也进入了该业务战团。联电的Ng说:“我们看到更多的客户专注于汽车,很多公司都专注于MCU,许多人都专注于信息娱乐。我们也看到了更多传感器技术的兴起。”

事实上,IC数量在汽车中持续增加,信息娱乐和导航是IC增长的主要市场,此外,安全功能,如自动紧急制动、车道偏离/盲点检测系统和备用相机,是新的市场驱动因素,自动驾驶技术也是热点。

根据IC Insights的数据,2016年汽车IC市场总值将达到229亿美元,比2015年增长约12%%。然而,汽车仍然是整个IC市场的一小部分,其在IC市场中的份额在2016年仅为7.9%%。

同时,高端RF代工市场也很强劲,移动运营商正在朝着称为LTE高级专业技术的下一代4G技术发展,该协议要求智能手机厂商在其系统中支持更多的频段,这意味着电话中的RF器件数量正在增加。

因此,对于RF,尤其是SOI技术或RF SOI的RF版本,需求保持稳健。用于智能手机中的RF SOI开关和天线,则由IDM和代工厂生产。

此外,一些代工厂,如TSMC、UMC、Win Semiconductor等,正在追求氮化镓(GaN)晶圆代工业务,包括射频和功率半导体。根据Strategy Analytics的数据,在2015年,GaN的总产值为3亿美元,到2020年,RF GaN市场规模预计将达到6.885亿美元。

基站主要使用基于横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)技术的RF功率晶体管。但是今天,LDMOS正逐渐被RF GaN取代。

晶圆代工也在开发用于功率半导体应用的GaN,其他代工厂正在寻求另一种称为碳化硅(SiC)的宽带隙技术。

GaN和SiC都代表了成熟半导体工业的新的增长机会,例如,根据Yole统计,基于GaN的功率半导体市场预计在2016年只有1000万美元的市场,但该业务预计从2016年到2021年以每年86%%的速度增长。


责任编辑:陈炳欣
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