Анализ развития современных производственных мощностей ИС.

По данным корпорации IC Insights (Global Wafer Capacity 2019–2023 report), с точки зрения устанавливаемых ежемесячно новых производственных мощностей в 2015 г. наибольшая доля приходилась на оборудование под современные технологические процессы с топологиями менее 28 нм. Как ожидается, к концу 2019 г. на данные мощности придется около 49% общих мощностей микроэлектронной промышленности. При этом на оборудование, выпускающее ИС по технологическим процессам с проектными нормами <10 нм, в 2019 г. придется 5% мировых мощностей, а в 2023 г. их доля достигнет 25% и данные мощности станут крупнейшим сегментом парка устанавливаемого оборудования (рис. 1).

В настоящее время единственные регионы, где заводы обрабатывают пластины по технологическим процессам с топологиями меньше 10 нм, – это Южная Корея (Samsung) и Тайвань (TSMC). Южная Корея и Япония занимают наибольшие доли рынка в сегменте процессов с топологиями от ≥10 до <20 нм, причем подавляющее большинство этих мощностей используется для производства флэш-памяти NAND-типа и ДОЗУ, а также некоторых типов перспективных логических приборов и прикладных процессоров, производимых с 8/7-, 10- или 14-нм проектными нормами. Тайвань также контролирует значительную часть мощностей по производству ИС с топологиями от ≥10 до <20 нм, причем примерно половина из них приходится на мощности кремниевых заводов, а другая половина используется для производства ДОЗУ.
По мере масштабирования тенденции развития новейших процессов менялись, отрасль отходила от «исторических норм». Ответы на вопросы, что представляет собой поколение ИС и как измерить минимальную геометрию процесса, с каждым годом становятся все сложнее. Поэтому любые допущения, сделанные в отношении мощностей заводов по обработке пластин по новым технологическим процессам, могут оказать большое влияние на прогнозы, касающиеся мощностей по обработке пластин с использованием минимальных размеров топологических элементов.
К другим основным выводам, содержащимся в Global Wafer Capacity 2019–2023 report, можно отнести следующие.
• В Южной Корее сконцентрирована наибольшая доля производственных мощностей, поддерживающих новейшие технологические процессы (с топологиями <28 нм), по сравнению с другими регионами или странами. Это неудивительно, так как ведущие корпорации страны (и мира), Samsung и SK Hynix, сосредоточены на производстве схем ДОЗУ высокой емкости и флэш-памяти, требующих использования передовых процессов.
• На Южную Корею также приходится основная доля суммарных мощностей для этих самых передовых (<20 нм) процессов, – больше, чем у любого другого региона. При этом, что касается оборудования под логические процессы с этими топологиями, наибольшими долями оборудования обладают Тайвань, Северная Америка и Южная Корея.
• В настоящее время мощности для изготовления ИС по новейшим (<28 нм) процессам в КНР полностью принадлежат иностранным корпорациям, (а именно – Samsung, SK Hynix, Intel и TSMC) и контролируются ими.
• Самые большие доли мирового парка установленного оборудования по процессам в диапазонах от ≥28 до <65 нм и от ≥65 до <0,2 мкм приходятся на Тайвань. При этом наибольшие объемы прибыли крупнейших тайваньских (и мировых) кремниевых заводов – TSMC и UMC – генерируются продажами ИС поколений 28, 45/40 и 65 нм [1].

Тенденция наращивания производственных мощностей под новейшие технологические процессы хорошо просматривается на примере крупнейшего кремниевого завода – Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Эта корпорация осуществляет крупные инвестиции в наиболее современные технологии обработки пластин. Ожидается, что они будут демонстрировать высокую рентабельность, так как во второй половине 2019 г. продолжится наращивание выпуска 7-нм ИС.

На рис. 2 демонстрируется обновленный недавно прогноз поквартального дохода от продаж ИС в 2019 г. Отмечается два момента:
• в I полугодии продажи TSMC были меньше, чем за аналогичное время 2018 г.;
• по итогам II полугодия 2019 г. ситуация изменится – продажи за этот период по срав- нению со I полугодием увеличатся на 32% (при этом продажи полупроводниковых приборов всей отрасли в целом за II полугодие 2019 г. увеличатся только на 10%).
Правда, годовой прирост будет скромнее – около 1%. Улучшение положения TSMC обуславливается выпуском новых 7-нм прикладных процессоров для смартфонов корпораций Apple и Huawei.
Доминирование TSMC на рынке кремниевых заводов можно проиллюстрировать следующим примером: ее продажи ИС, реализованных по технологиям с проектными нормами менее 40 нм по итогам 2019 г., окажутся в семь раз больше совокупных продаж следующих за ней GlobalFoundries, UMC и SMIC (22,9 млрд долл. против 3,2 млрд долл.). Крупнейший китайский кремниевый завод SMIC начал производство 28-нм ИС в IV кв. 2015 г., больше чем через три года после TSMC. Выйти на уровень рентабельности по своей новой технологии 14-нм FinFET-технологии SMIC планирует в IV кв. 2019 г. (и освоить 12-нм FinFET- технологию в 2020 г.) – опять-таки примерно через три года после внедрения TSMC подобных процессов.
В 2019 г. корпорация TSMC рассчитывает получить 66% доходов от продаж ИС, произведенных по производственным процессам с проектными нормами менее 40 нм. При этом доход от продаж 7-нм ИС составит 8,9 млрд долл. (рис. 3). На эти ИС придется около 26% общих продаж TSMC за 2019 г. (и 33% – за IV кв.).

Темпы, с которыми клиенты TSMC внедряют передовые технологические технологии, также ускорились. Для того, чтобы продажи 40–45-нм ИС достигли 20% от общего объема продаж, потребовалось восемь кварталов, для 28-нм процесса для достижения этого же уровня потребовалось пять кварталов, а для 7-нм процесса – только три квартала. Специалисты корпорации считают, что для 5-нм технологии для достижения уровня в 20% от общих продаж потребуется еще меньший срок. С этой целью TSMC планирует выделить больше средств на расширение возможностей своих передовых процессов [2].
Увеличение выпуска ИС основано на поставках необработанных кремниевых пластин, также обладающих своей динамикой. По данным Международной ассоциации поставщиков материалов и оборудования для полупроводниковой промышленности (SEMI), после небольшого спада отгрузок пластин в 2019 г. в дальнейшем их рост возобновится и в 2022 г. будет достигнут новый рекорд.
В соответствии с прогнозами, общие отгрузки необработанных пластин за период 2017– 2022 гг. увеличатся более чем на 10% (см. таблицу).

В 2019 г. падение отгрузок необработанных пластин связано с избыточным накоплением производителями ИС товарно-материальных запасов и вялым спросом.
Кремниевые пластины – основной «строительный материал» для полупроводниковых приборов, которые, в свою очередь, представляют собой жизненно важные компоненты практически всех электронных товаров, включая компьютеры, телекоммуникационные продукты и бытовую электронику. Эти разработанные на высоком технологическом уровне тонкие круглые диски выпускаются в различных диаметрах (от 25,4 до 300 мм) и служат подложками, на которых формируется большинство полупроводниковых приборов или микросхем [3].

1. Davis Shannon. Wafer Capacity by Feature Size Shows Rapid Growth at <10nm. Semiconductor Digest, October 18, 2019: https://www.semiconductor-digest.com/2019/10/18/wafer-capacity-by-feature-size-shows-rapid-growth-at/

2. Davis Shannon. TSMC’s Leading-Edge Fab Investments Set Stage for Sale Surgein 2H19. Semiconductor Digest, October 9, 2019: https://www.semiconductor-digest.com/2019/10/09/tsmcs-leading-edge-fab-investments-set-stage-for-sale-surge-in‑2h19/

3. Davis Shannon. Total Wafer Shipments to Drop 6 Percent in 2019, Resume Growth in 2020, Set New High in 2022. Semiconductor Digest, September 30, 2019: https://www.semiconductor-digest.com/2019/09/30/total-wafer-shipments-to-drop‑6-percent-in‑2019-resume-growth-in‑2020-set-new-high-in‑2022/
   
   Публикуется с разрешения.
   Экспресс-информация по зарубежной электронной технике.
   Выпуск 22
   Сайт zet.instel.ru