未來Foundry廠的業務更加複雜多變

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在動盪的商業環境中，矽晶圓代工業在2017年的一些細分市場預計將穩步增長。

與過去幾年一樣，預計晶圓代工市場在2017年的增長速度依然快於整個IC產業。

但與此同時，foundry的客戶群會延續過去兩年的併購熱潮。

而合併就意味著foundry廠的客戶逐漸減少。

不確定因素的增多是2017年整體IC市場的狀態，包括經濟和政治環境中的一些不穩定性。

但是，foundry市場仍然是亮點。

2016對代工廠來說是一個相對好的年份，在經過2015年的低迷後，2016年上半年的市場需求明顯回溫。

UMC業務管理副總裁Walter Ng說：「 2016年是foundry廠的一個好年景。

」

展望未來，foundry廠對2017年持謹慎樂觀態度。

「我們所看到的，客戶並未表現出對大變化的期望，」Walter Ng說：「整個業務的發展看起來比較健康，而對8英寸產品的需求相當強勁。

」

根據Semico研究公司總裁Jim Feldhan的預測，2016年全球晶圓代工市場預計增長6％，而2017年將提高到10％。

」

然而，代工廠依然面臨著一些固有的挑戰：

•開發先進位程技術的成本在每個節點持續攀升;

•更少的代工客戶可以負擔設計先進晶片;

•foundry客戶繼續整合；

•客戶擔心成本，周期和庫存控制方面存在的壓力。

但是，代工廠也在不斷創新，預計在2017年將推出一系列新工藝。

例如，在高端，英特爾，三星和台積電將在2017年推出10nm finFET。

此外，TSMC計劃推出新的12nm finFET衍生產品，另外，7nm的也在進行當中。

此外，高端平面製程市場依然強勁，而其他晶圓代工市場，如BCD，CMOS圖像傳感器、嵌入式存儲器、混合信號、功率半導體和RF，需求都很強。

為了幫助行業了解2017年的發展趨勢，Semiconductor Engineering在前沿節點、平面製程工藝和專業前沿領域對foundry市場進行了調查分析。

數說IC市場

IC市場呈現出越來越複雜的狀態。

例如，在一項預測中，與2015年相比，Semico原本預計2016年整體半導體市場將下降2.5％，然而，Semico統計顯示，2016年IC市場將增長4.2％。

Feldhan指出了幾個宏觀趨勢，影響了2016年下降的IC市場。

首先，2016年世界經濟增長低於2015年; 第二，以前持續增長的半導體市場出現了下跌或扁平化的態勢，Feldhan說，PC市場繼續下降，而智慧型手機市場飽和，且增長率放緩。

除此之外，與PC和智慧型手機相關的晶片價格在2016年經歷了明顯的下降。

最後，存儲市場，特別是DRAM，在2016年上半年經歷了產能過剩和價格下跌。

但這裡也有一些好消息，2017年，Semico預計半導體市場將恢復正增長，比2016年增長5.3％，預計IC需求在2017年將增長5.2％。

Semico的Feldhan在2017年看到幾個宏觀趨勢，「世界經濟增長預計會略好，此外，智慧型手機市場預計將略有增強，導致定價更穩定。

而且內存市場將實現平衡，導致價格穩定，同時，DRAM和NAND的需求增加。

」

總而言之，業界對於2017年仍然保持謹慎樂觀。

「客戶繼續像往常一樣開展業務，雖然行動還顯得有一些謹慎」，UMC的Ng說。

例如，OEM想要保持他們的庫存精益，但同時，他們也面臨著降低產品成本的壓力。

「這意味著（晶片製造商的）終端客戶對成本依然非常敏感」，Ng說， 「所以客戶們都會來要求我們持續縮短製造周期，以滿足他們產品上市的時間要求。

」

根據IC Insights統計，汽車、數位電視、物聯網和醫療電子在2017年及以後都是強勁增長的市場。

資料來源：IC Insights

固態硬碟（SSD）驅動器市場也很強勁，從而推動著NAND的增長。

三星存儲高級副總裁Chun Sewon表示：「由於高密度數據中心產品的不斷增加，以及企業對快閃記憶體陣列的廣泛採用，對伺服器SSD的需求將保持強勁增長。

」

然而，傳統的平面製程NAND難以再縮小節點，因此，行業正在從平面向3D NAND演進。

Lam Research全球產品部首席技術官Yang Pan說：「我們仍然處於3D NAND的早期，每單位面積的密度還將增加。

」

Applied Materials公司營銷和業務發展副總裁Arthur Sherman說：「展望未來，我們對虛擬和增強現實、大數據、人工智慧和智能汽車的新興應用發展充滿期待。

」

高端應用依賴FinFET

在代工業務方面，英特爾，三星和TSMC預計將在2017年從16nm / 14nm finFET轉變為10nm finFET。

英特爾和三星都認為10nm將是一個重要的工藝節點。

相比之下，台積電錶示10nm是一個過渡性節點，其在2017年更加強調7nm。

而GlobalFoundries跳過了10nm，直接來到7nm。

目前，關於製程節點，眾說紛紜，界線並不清晰，甚至有些混亂。

首先，10nm和7nm的定義和規格就有些模糊。

另外，當這些技術的設計和工藝成本對於大多數公司來說過於昂貴時，代工廠都在競相追逐採用這些先進工藝節點的、數量有限的客戶，激烈的競爭就難免會出現無序的狀況。

「台積電和三星有不同的策略，」Gartner分析師王小龍說：「台積電認為10nm是一個過渡節點，TSMC鼓勵客戶使用7nm以及12nm，這是16nm的衍生產品。

只有少數客戶使用台積電的10nm，他們的10nm晶圓產量將在2017年開始上升，但在2019年將下降。

」

台積電預計將於2017年初進入7nm風險生產。

「我們的7nm不僅被高端移動客戶採用，還被高性能計算客戶採用，包括GPU、遊戲、PC和平板電腦，虛擬現實、伺服器、FPGA、汽車和網絡應用，」台積電總裁兼聯席CEO Mark Liu在最近的一次電話會議上說。

事實上，台積電計劃在7nm打敗其競爭對手，為此，它將現有的193nm浸入和多重圖案化技術用於7nm，這被認為是一個複雜的方案。

foundry廠寧願使用極紫外（EUV）光刻，這將簡化圖案化流程。

但是，EUV將不能及時為台積電的7nm時間表做好準備，因此計劃在5nm引入EUV。

相比之下，三星計劃等到EUV準備就緒，再導入7nm技術。

「沒有EUV，7nm技術實現太難，」三星半導體代工業務高級副總裁洪浩說：「這將帶來更高的掩模層數和更高的製造複雜性。

」

總部設在香港的全球技術基金eFusion的執行長Dan Heyler表示：「對於7nm，台積電和三星的時間表是非常激進的。

台積電似乎處於領先地位。

」

在7nm，以三星為代表的廠商都在押寶EUV，EUV也在不斷進步，但它還沒有完全為量產做好準備，電源、抗蝕劑和掩模仍然存在問題。

「多家foundry廠和技術已經證明多圖案化的可行性，「 Coventor首席技術官David Fried說：「我們將在2017年看到EUV對7nm工藝提供明確的保障，這些是EUV可以導入產線並作為複雜多圖案化替代的關鍵。

」

然而，不要期望在7nm工藝節點就可以廣泛採用EUV。

「真正的密度優勢將發生在5nm，那時才能在整個流程中更廣泛地部署EUV，」Fried說。

同時，16nm / 14nm finFET市場依然活躍。

GlobalFoundries、英特爾、三星和台積電將繼續開發這些製程。

而在2017年，聯華電子有望導入14nm finFET。

「許多今天的28nm客戶將使用14nm / 16nm finFET，」Gartner分析師的王說：「14nm / 16nm finFET晶圓的需求在未來幾年內不會下降。

」

Coventor的Fried說：「我們已經看到了幾個器件級的納米線和其他新器件的演示，也看到了帶有5nm技術元素的幾個圖案化級演示。

2017年，我們需要看到更系統化的演示，例如功能SRAM陣列。

」

平面製程，嵌入式存儲器和RF

並不是所有的晶圓代工客戶都轉向finFET。

一些將停留或轉移到28nm和22nm平面製程工藝節點。

FinFET針對高端應用而設計，而28nm和22nm針對價格敏感和低功耗市場。

「性能非常重要，」GlobalFoundries物聯網、汽車和新市場營銷副總裁Rajeev Rajan說：「但成本效益也很重要。

」

然而，領先的平面製程市場正變得越來越擁擠。

「28nm晶圓需求將繼續保持高位，」Gartner的王說：「但是由於競爭激烈，28nm的收入可能會下降。

」

GlobalFoundries、三星、中芯國際、台積電和UMC提供28nm量產工藝，此外，三星還提供28nm全耗盡型絕緣體上矽（FD-SOI）技術。

並且在2017年，GlobalFoundries預計將增加22nm FD-SOI。

市場有足夠大的容量，以滿足包括FD-SOI在內應用需求。

「一種技術不適合所有應用，」GlobalFoundries的Rajan說：「市場有不同的需求。

」

同時，嵌入式存儲器和RF也是代工廠的增長市場。

今天，嵌入式市場主要由基於NAND和NOR的傳統快閃記憶體占據，嵌入式快閃記憶體主要用於微控制器和其他設備。

嵌入式快閃記憶體的主流製程是40nm及以上，有些正向28nm演進。

除此之外，幾家代工廠正在與下一代存儲器客戶合作，例如FRAM、MRAM，ReRAM甚至是碳納米管RAM。

foundry廠希望為客戶提供下一代存儲IP。

例如，GlobalFoundries正在為其22nm FD-SOI工藝開發嵌入式MRAM。

另一家供應商SMIC正在根據存儲器初創公司Crossbar的技術，開發嵌入式ReRAM。

但是，下一代存儲器類型仍然需要等待多年的研發後才能起飛，當他們最終崛起時，這些新技術會取代現有的嵌入式快閃記憶體或傳統存儲器，如DRAM和NAND。

「嵌入式存儲器的經濟性和應用不同於獨分立式內存，」GlobalFoundries的嵌入式存儲器副總裁Dave Eggleston說：「高性能嵌入式NVM將與傳統DRAM和NAND獨立式存儲器共存。

」

除了新的存儲IP，代工客戶還需要集成製程。

作為回應，代工廠正在將其製程與非易失性存儲器和RF CMOS功能集成。

RF涉及多種標準，例如藍牙和802.11。

「對於非易失性，無線和低功耗的技術要求趨於一致，」UMC的Ng說：「他們正在使用板載存儲器和無線通信協議來驅動控制器。

很多都集中在55nm和40nm，一些領先的應用甚至會採用28nm製程。

」

專業製程

零碎的專業工藝代工市場也很強大，特別是雙極/ CMOS / DMOS（BCD），混合信號和高端RF。

一些工藝用於200mm晶圓，有一些工藝還轉移到了300mm。

「我們看到很多8英寸的需求，」聯華電子Ng說：「這些應用非常強大，無論是電源管理還是RF SOI。

一些像MOSFET這樣的老技術依然有著很大的市場需求。

」

BCD技術正在升溫，其基於0.18微米和0.13微米，BCD工藝用於智慧型手機和其他產品中的電源管理IC，最近，BCD正在進入汽車領域。

GlobalFoundries、MagnaChip，意法半導體和台積電正在BCD市場競爭。

最近，聯電也進入了該業務戰團。

聯電的Ng說：「我們看到更多的客戶專注於汽車，很多公司都專注於MCU，許多人都專注於信息娛樂。

我們也看到了更多傳感器技術的興起。

」

事實上，IC數量在汽車中持續增加，信息娛樂和導航是IC增長的主要市場，此外，安全功能，如自動緊急制動、車道偏離/盲點檢測系統和備用相機，是新的市場驅動因素，自動駕駛技術也是熱點。

根據IC Insights的數據，2016年汽車IC市場總值將達到229億美元，比2015年增長約12％。

然而，汽車仍然是整個IC市場的一小部分，其在IC市場中的份額在2016年僅為7.9％。

同時，高端RF代工市場也很強勁，移動運營商正在朝著稱為LTE高級專業技術的下一代4G技術發展，該協議要求智慧型手機廠商在其系統中支持更多的頻段，這意味著電話中的RF器件數量正在增加。

因此，對於RF，尤其是SOI技術或RF SOI的RF版本，需求保持穩健。

用於智慧型手機中的RF SOI開關和天線，則由IDM和代工廠生產。

此外，一些代工廠，如TSMC、UMC、Win Semiconductor等，正在追求氮化鎵 （GaN）晶圓代工業務，包括射頻和功率半導體。

根據Strategy Analytics的數據，在2015年，GaN的總產值為3億美元，到2020年，RF GaN市場規模預計將達到6.885億美元。

基站主要使用基於橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）技術的RF功率電晶體。

但是今天，LDMOS正逐漸被RF GaN取代。

晶圓代工也在開發用於功率半導體應用的GaN，其他代工廠正在尋求另一種稱為碳化矽（SiC）的寬頻隙技術。

GaN和SiC都代表了成熟半導體工業的新的增長機會，例如，根據Yole統計，基於GaN的功率半導體市場預計在2016年只有1000萬美元的市場，但該業務預計從2016年到2021年以每年86％的速度增長。

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