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300mm想象与现实 |
| 发布时间:2004年3月30日 点击次数:467 |
| 来源:半导体国际 作者: |
对300mm现状的准确认识非常重要。IC制造商不得不从晶圆制造的供应、需求和成本出发,做出是否要新建300mm晶圆厂的决定。在做出决定的过程中,对300mm晶圆厂的准确认识非常关键。设备供应商必须能够准确估计300mm设备的销售情况,并为之安排产能。经济分析师只有在正确分析的基础上才能对半导体工业的整体表现进行预测。 本文将在以下几个部分讨论为什么我们认为众多有关300mm晶圆厂的分析不够正确的原因。 成本模型 成本模型是以下几个部分分析结果的重要基础。我们使用的是IC Knowledge 2003 IC成本模型（ICCM）。在讨论分析结果之前,让我们简单地浏览一下正确的成本分析模型有哪些要求,以及满足这些要求必须采用的方法。 晶圆制造的成本可分为生产/控制晶圆、直接/非直接劳动力、资金、设备维护、厂务和耗材等几大部分。其中每一项成本都取决于制造工艺规格、晶圆尺寸大小等。生产线规模大小、利用率和晶圆厂所在国家也是重要的成本因素。 支撑300mm晶圆厂需要的年收入 2002年全球只有两大半导体公司--Intel和Samsung的年收入超过70亿美元。然而,截止2002年底,已经投入运营的300mm晶圆厂就有14座。其中只有4座晶圆厂所属公司年收入超过70亿美元。 我们通过ICCM模型计算了支撑300mm晶圆厂所需要的年收入。模型分析时,我们假设采用130nm工艺,生产能力为30,000片/月,代工厂和IDM公司的产出分别以每年生产的晶圆数和芯片颗粒数计算;并假设产能利用率为90%,微处理器、DRAM、DSP和代工厂的毛利率分别为56%、30%、40%和40%。此外,对于IDM公司,我们还分析了最终产品成本中的测试和封装成本。结果显示,要达到预计毛利率,微处理器、DRAM、DSP和代工厂的最低年收入分别为39.5亿、14.9亿、31.2亿和16.8亿美元。 这些数据看起来更加符合Intel、TSMC、Samsung和其他公司的情况。其中,Intel、TSMC和Samsung规划、建设与开始运营中的300mm晶圆厂数目分别为4座、3座和3座;其它公司拥有处于各阶段的300mm晶圆厂多座。 300mm晶圆厂的成本 详细研究了已有300mm晶圆厂的相关经验后,我们发现300mm晶圆厂的成本很大程度上取决于晶圆厂类型和计划出货量（图1）。出货量一定时,代工厂的成本最高,可能是因为代工厂要支持多项复杂工艺供客户选择的缘故;相反,专门生产存储器的晶圆厂成本最低。很多300mm晶圆厂最初是为130nm工艺设计和建造的,但是最近的发展动态显示300mm晶圆厂的生产工艺正继续向高端发展。例如,Intel Fab24的目标是90nm,预计成本为22亿美元;TI最近公布了新建一座65nm工艺300mm晶圆厂的消息,预计花费30亿美元。  ICCM模型分析结果和Intel公司的成本估算比较吻合。由于ICCM没有考虑65nm工艺,因此我们未对TI进行模型分析。采用90nm工艺时,如果300mm晶圆厂的成本超过40亿美元,那么它需要9层铜互联工艺和每月50,000片的产能。根据我们的模型分析结果,40,000片/月的300mm晶圆厂成本为35亿美元。 曾有一位分析师在2003年6月说,加工前300mm晶圆的价格是200mm晶圆的10倍。这一论述也是非常奇怪和令人费解的。2002年,TI公司Larry Toulson公布的比例是4.4倍,最近IC Knowledge公布的数据是3.3倍。即便如此,这一比例仍然要高于300mm晶圆与200mm晶圆的面积比（2.4倍）。但是,加工前的晶圆成本只是加工后晶圆成本的一部分。我们用ICCM模型分析时,计算出采用130nm工艺时加工完成后200mm晶圆与300mm晶圆的成本比例约为1.4倍,这一数据考虑了200mm晶圆厂升级换代的成本。采用90nm工艺时,该比例会更加有利于300mm晶圆厂。 International SEMATECH认为：“在一段时间内,对于某些产品来说改进200mm晶圆厂比新建300mm晶圆厂具有更加明显的成本优势。” 我们的模型分析结果和半导体工业的实际经验都与这一论断完全相反。他们假设只有少数200mm晶圆厂是从250nm工艺升级换代到180nm,最后到达130nm水平的。相反,我们采用的ICCM模型考虑了很多200mm晶圆升级换代的成本。此外,Infineon报道说300mm晶圆厂的成本已低于200mm晶圆厂,Xilinx也报道说用300mm晶圆厂生产PLD降低了成本,Altera正在向300mm过渡,Powerchip准备再建一座新的300mm晶圆厂,因为300mm使Power chip生产256Mb DRAM芯片的成本控制到3美元/颗以下。Powerchip公布的结果和ICCM模型对先进DRAM工艺300mm晶圆厂的分析结果一致。同样,Intel也声称300mm可以节约大约30%以上的成本。 以上是媒体中关于300mm晶圆厂想象和现实的讨论。当我们对300mm和200mm晶圆厂的发展速度进行比较时,发现结果更加令人惊奇。我们分析了200mm和300mm发展初期的情况,晶圆厂分别首次采用IBM的200mm技术和Infineon/Motorola的300mm技术。在这两种情况下,第二座晶圆厂和第一座晶圆厂之间的建厂时间间隔都很长。图2为以平方英寸计算,200mm和300mm生产量占总生产量（平方英寸）比例随发展时间变化曲线的比较结果。  结论 尽管300mm晶圆厂的成本非常惊人,但是300mm的生产成本比200mm低,而且初期投入的建设成本也要比许多报导中的数字低很多。对于小公司来说,确实存在没有能力支付如此高昂投入的问题,但是IDM大公司及其联盟肯定会从200mm到300mm的转变中获利。 |
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