六英寸晶圆，退出历史舞台？

大约25年前，硅晶圆市场的一半以上份额由直径最大为6英尺(150毫米)的晶圆组成。根据行业组织SEMI发布的数据，现在这个比例不到5%。随着越来越多的硅片制造商逐渐切断了6英尺工厂和6英尺晶圆，一个时代的结束已经有了线索。

大型工厂逐步抛弃6英尺

德国硅片制造商Siltronic2024年3月22日 AG宣布计划逐步停止其博格豪森工厂的抛光和小直径晶圆的生产，预计2025年7月31日将完全停止生产小晶圆。目前，Siltronic生产的晶圆直径为300毫米、直径小于150毫米的200mm和较小的晶圆。 (SD)。

"Siltronic的较小晶圆生产始于1968年的博格豪森。在过去的几年里，小晶圆做出了贡献。但是，由于结构的变化和创新，晶圆产业发生了巨大的变化。对直径较大、性能较好的晶圆的需求越来越大，预计每年300mm晶圆的平均产量增长率为6%，而SD晶圆的生命周期即将结束。这样就导致产量大幅下降，最近对收益产生了不良影响，所以才做出这个决定。”Siltronic AG CEO Michael Heckmeier 博士生评论道。

大约有小直径晶圆 400 大约一半的员工是固定期限和临时合同。Siltronic的目的是通过人口结构的变化和一些退休人员对社会负责来减少核心员工，避免因操作原因裁员。

而且就在最近，世界第二大硅片厂日本SUMCO也在2月10日宣布对宫崎厂200mm及以下硅晶圆进行重组。具体而言，200mm晶圆生产将在2026年底前结束，生产将转移到长崎、伊万里等工厂；150mm晶圆生产将转移到印度尼西亚工厂；125mm及其它晶圆生产将因盈利能力不足而退出；单晶硅生产将继续进行，但晶圆加工将转移到其它地方。受重组影响，员工将被重新分配到300毫米晶圆的生产操作中。这次重组导致了2024财年总额58亿日元的非常性损失，包括库存减值计提的46亿日元损失和其他12亿日元损失。

100mm、125mm、直径为150mm的晶圆需求呈下降趋势(来源：SUMCO）

WolfSpeed是世界上最大的SiC衬底晶圆供应商，去年还关闭了2个6英尺的SiC工厂，裁员20%。包括Wolfspeed、意法半导体（ST）世界领先的IDM制造商，包括罗姆，都开始量产8英尺的SiC晶圆，以提高其竞争优势。

虽然前几年很多厂家关闭了德州仪器、瑞萨、安森美等6英尺厂商，但硅片厂商作为第三方供应商，其生产调整更多地反映了市场需求的变化和技术趋势的直接反应，而不是IDM厂商。不管是日本的SUMCO、Siltronic 在较小直径晶片的生产过程中，AG仍然是Wolfsppeed，有几个共同因素：

一是技术变革的需要，市场对超小型晶片的需求疲软。，越来越多的半导体制造商逐渐向7nm等更先进的工艺技术过渡，、5nm甚至更小的节点工艺。为了提高生产效率，降低成本，这些先进的工艺技术通常需要更大的直径硅晶圆(例如300毫米晶圆)。从技术角度来看，300毫米晶圆的广泛应用，使得小直径晶圆的生产不再具有经济效益。

从市场需求方面来看，除了AI驱动的数据中心需求依然强劲外，其他市场需求的复苏依然缓慢，这种分化状态可能还会继续。

另外，国内晶圆厂的崛起是一个很大的竞争因素，近年来，国内6英尺晶圆厂围绕功率半导体领域相对成熟，竞争相对加剧。例如，华润微和士兰微是中国最好的6英尺晶圆制造能力。目前，华润微的6英尺晶圆制造能力约为每月23万片，在士兰微低于和等于6英寸的芯片制造能力中排名世界第二。此外还有一批6英寸的厂家，如方正微、上海先进、燕东微、北半导体、捷捷半导体等。同时，近几年大陆厂商逐步向8英寸和12英尺布局，将逐步吞噬更大尺寸晶圆的市场份额。

Siltronic 通过调整生产能力，提高生产线，AG、SUMCO等大型企业都在努力保持竞争优势。这种现象不仅反映了市场规模的集中，而且往往意味着行业竞争压力的增加，厂商必须更加注重效率和技术创新。

伟大的晶圆尺寸进化。

半导体的发展历史可以说与电路尺寸的缩小和晶圆尺寸的增加密切相关。第一代技术依赖于第一代技术，第一代技术依赖于第一代材料和设备。硅晶圆是当代半导体行业的基础，也是所有电子应用芯片的基础。

在20世纪60年代初，硅晶圆首次应用于半导体制造，当时是1英尺(25.4.mm）这是标准直径。第一批集成电路由1英尺晶圆完成。（IC），但是每一个芯片晶体管数量有限，缺陷密度大，需要手工装载到加工设备中，每一个晶圆只能生产少量的芯片。

到了20世纪70年代，行业已经转向2英尺(50.80)mm）和3英尺（76.2mm）晶圆。与1英尺相比，它们开始采用自动晶圆处理方法，不仅增加了晶圆面积，还减少了缺陷，提高了芯片的良率。在10微米以上的最小特征尺寸下，每个芯片包括几十个晶体管。主要用于早期微控制器和存储芯片。

随着20世纪80年代个人计算机革命对爆硅芯片的需求，进一步的成本改善促进了4英尺(100毫米)晶圆的选择。从这个阶段开始，晶圆行业建立了几十年的晶圆尺寸标准。4英尺晶圆允许每个晶圆生产数百个芯片。芯片尺寸小于5毫米，完成了RAM和微控制器性能的提升。晶体管数量达到几十万，特征尺寸常规缩小到2微米以下。

到了90年代初，4英尺晶圆已经将生产线推向了极限。接下来，这个行业开始转变为6英尺(150毫米)晶圆。当时正处于个人计算的最大阶段。英特尔是一家引领转型并为大量工作付费的企业。6英尺晶圆进一步增加了每个晶圆的芯片数量，设计规则降至1。μm以下，0.5μM非常普遍，提高了DRAM的密度和性能。在此期间，六英寸晶圆因其价格适中、工艺成熟而成为许多半导体制造商的首选。在内存芯片、模拟芯片、功率器件、传感器等领域得到了广泛的应用。伴随着半导体产业的快速发展，六英寸晶圆作为当时许多技术创新与进步的基础材料。

直径分别是 2、4、6 和 8 一寸晶片(从左到右)。来源：维基百科

到21世纪初，8英尺(200毫米)的晶圆开始兴起，IBM是R&D的领头羊。与6英寸相比，8英尺晶圆的表面积增加了四倍。完成了90纳米/65纳米的工艺节点，每个芯片包含数十亿个晶体管。当时领先的晶圆厂生产能力只集中在少数IDM手中，代工厂和外包组装/检测提供商也得到了广泛的应用。DRAM密度在PC平台上已经成为主流。

然后是更大的尺寸，12英尺(300毫米)晶圆已经成为今天的标准。12英尺比8英寸晶圆多2.25倍，现在已经广泛应用于10纳米以下的FinFET节点，允许在单个芯片中包装1亿多个晶体管，包括100亿多个晶体管在内的Cpu/DRAM，还在2010年代后期推进了智能手机/移动革命。

自 2002 到目前为止，大多数新工厂都采用了 12 英尺晶圆（300 mm）。投资 300 Mm晶圆是否合理的标准不是工艺的产生，而是产量。例如，博世的德累斯顿工厂是300毫米晶圆，尽管它主要服务于汽车工业，但传统节点通常用于汽车工业。

从1英尺到8英寸再到12英尺，这种变化意味着摩尔定律已经达到了显著的产能水平，更多的晶圆一直是提供更强大、更实惠半导体的关键媒介。

在300毫米的时候，大量的成本被转移到设备公司身上，但是他们需要很长时间才能收回投资。如果你想向下一代更大尺寸的晶圆过渡，也就是450毫米，设备公司仍然是主要的承担者，他们需要在最初的R&D投入巨额资金，而这些资金只有在销售足够的工具后才能随着时间的推移收回，他们不愿意这样做。

2012年，英特尔、台积电、三星、格罗方德、IBM等五家企业领先全球 450 mm同盟 (G450C)，向450mm进军。然而，2014 2008年，英特尔作为450毫米的主要推动者之一，由于晶圆厂的利用率很低，42号晶圆厂闲置，他们撤出了450毫米的资源，台积电也撤出了，设备公司暂停了开发工作，450毫米就此消亡。

所以，晶圆尺寸在短时间内会停留在300mm以上。一项1997年的旧SEMATECH研究发现，晶圆尺寸可以保持生产24年左右，以便每个人都能收回投资。因此，目前国际大型晶圆厂已经开始将产能集中在300mm上。

未来晶圆需求的增长取决于什么？

伴随着半导体技术的不断发展，晶圆键合技术日益成为推动高性能、大空间芯片发展的关键技术之一，特别是在后面，HBM、3D NAND 和 3D CIS等领域。这类技术的应用不仅提高了芯片的性能，而且大大增加了对晶圆的需求。

首先，在逻辑领域，背面供电技术的提出和选择会增加对晶圆的需求。背面电源通过将电源连接到前端，防止随着技术的缩小而增加的互连电阻。这项技术应该使用2到3个晶圆来实现更有效的电池管理和数据传输。

在DRAM领域，随着AI芯片需求的快速增长，HBM将在控制逻辑上方堆叠8至12层DRAM芯片，可以实现更小的芯片面积、更多的存储容量和更高的响应速度。据SUMCO统计，预计2023-2027年对高档DRAM和HBM晶圆的需求将持续增长，年均复合增长率（CAGR）为7%。与没有EUV技术的DRAM相比，使用EUV的DRAM晶圆需求更高。

需要300毫米晶圆的DRAM趋势(来源：SUMCO 2024财报）

在未来几年内，晶圆键合技术在NAND的生产中也将变得越来越重要，特别是在满足高性能、大容量存储的需要时。通过连接分别制造的内存元素和控制电路，可以形成一个完整的NAND芯片，从而降低连接长度，提高速度。采用两个晶圆(内存和逻辑)结构，在这个过程中将成为主流技术。预计2023-2027年间，晶圆键合需求将保持增长，年均复合增长率将保持增长（CAGR）为6%。

（来源：SUMCO 2024财报）

晶圆键合技术在CIS领域也发挥着重要作用。通过将光电二极管与逻辑/ADC或逻辑/ISP叠加，可以最大限度地发挥光电二极管的面积，提高视频响应速度。为了实现这一目标，CIS芯片生产通常需要三个晶圆(光电二极管) 逻辑 逻辑）。

结语

高效率、低成本、快速迭代已成为现代半导体产业竞争的核心目标，使6英尺晶圆逐渐难以跟上产业发展的步伐。因此，为了满足更先进的制造工艺，越来越多的制造商将生产线转换成更大直径的晶圆。然而，在一些传统和成本敏感的领域，如功率设备、传感器和汽车电子，6英尺晶圆仍然有相对稳定的需求，这些领域的市场潜力仍然可以为mainlandChina的6英尺晶圆带来一波红利。然而，随着市场逐渐饱和，6英尺晶圆进入“热”竞争只是时间问题，真正的长期竞争力取决于8英尺和12英尺晶圆的转型和升级。

本文参照

【1】The Gradual Growth of Silicon Wafer Sizes: An Evolutionary History，

【2】Whatever Happened to 450mm Wafers?

本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID：icbank），作者：杜芹DQ，36氪经授权发布。

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