개요

실리콘 웨이퍼는 많은 첨단 반도체 제품 제조의 기반을 제공하며, 이는 결국 반도체 산업이 형성되는 기반을 형성합니다. 몇 년에 걸쳐 실리콘 웨이퍼의 크기와 직경에 점진적인 변화가 나타납니다. 이는 궁극적으로 주로 새로운 반도체 FAB 및 OSAT의 생산 속도를 높이는 수단으로 고급 반도체 제품에 대한 수요 증가로 인해 현재 웨이퍼 크기를 넘어서는 것에 대한 새로운 논의로 이어집니다. 현재 대부분의 FAB 및 OSAT는 200mm(7.9/8인치) 웨이퍼에 중점을 두고 있으며, 소수만이 300mm(11.8/12인치) 웨이퍼에 집중하고 있습니다. 결국 웨이퍼 크기 선택은 기술적인 것보다 더 많은 투자와 전략 중심입니다. 이는 웨이퍼 크기의 모든 변경이 전체 반도체 흐름에 영향을 미치기 때문입니다.

사물인터넷(IoT), 모바일, 자동차 애플리케이션에 대한 수요 증가로 인해 200mm 용량에 대한 필요성이 증가하고 있습니다. 이러한 애플리케이션은 200mm 생산을 부활시키고 전력, 아날로그, MEMS 및 센서와 같은 구성요소에 대한 필요성을 촉진합니다. 최첨단 제조 공정이 필요하지 않습니다. 다양한 통합 소자 제조업체(IDM)가 GaN 및 SiC를 포함한 3세대 반도체용 8인치 웨이퍼 생산으로 전환하고 있습니다.

웨이퍼 크기가 반도체 산업에 미치는 영향

FAB와 OSAT의 구성을 결정하는 핵심 요소는 웨이퍼 크기입니다. 주된 원인은 필요한 도구와 장비가 웨이퍼 크기에 따라 달라지며, 웨이퍼 크기가 증가함에 따라 추가 FAB 및 OSAT를 구축하는 데 드는 비용도 커지기 때문입니다. 이러한 이유로 적절한 웨이퍼 크기를 선택하는 것이 필수적입니다. 웨이퍼 크기 선택은 궁극적으로 기술적인 것보다 전략과 투자 중심입니다. 이는 웨이퍼 크기의 모든 변화가 처음부터 끝까지 반도체 흐름에 영향을 미치기 때문입니다.

아래 사항은 웨이퍼 크기가 반도체 프로세스의 여러 측면에 어떻게 영향을 미치는지 명확하게 보여줍니다. 차세대 제품을 만드는 데 어떤 웨이퍼 크기를 사용할 것인지 결정할 때 비용부터 수율까지 고려해야 할 여러 가지 요소가 있습니다.

그림 1: 웨이퍼 크기를 결정할 때 고려되는 요소

Rise in the Production Capacity of 8-inch Third-Generation Semiconductors FABss

웨이퍼 크기: 더 큰 웨이퍼 크기로 인해 단위 면적당 더 많은 다이가 제공된다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 더 많은 다이를 생성할 수 있는 더 넓은 영역은 결국 FAB와 OSAT가 주어진 기간에 더 많은 다이를 제작하고 테스트/조립할 수 있게 해줍니다. 이는 신제품을 제조하거나 조립할 수 있는 속도를 가속화하고, 웨이퍼 크기가 증가하는 경우 공급망에 도움이 될 수도 있습니다.

웨이퍼당 다이: 웨이퍼당 다이 수는 웨이퍼 크기와 직접적인 관련이 있습니다. 이를 통해 반도체 설계 하우스에서는 비용 절감 정도를 예측할 수 있습니다. 결국, 큰 사이즈의 웨이퍼에 비해 수요가 높은 제품에 대한 더 작은 웨이퍼는 더 많은 웨이퍼 주문을 극대화하는 결과를 낳게 됩니다. 따라서 기업은 이러한 섬세한 균형 작업으로 인해 상업적 관점에서 웨이퍼 사용의 장점과 단점을 평가하는 데 더 많은 시간을 투자해야 하는 경우가 많습니다.

절차: 웨이퍼 크기는 가장 중요한 매개변수로 간주되므로 반도체 제조 시설에서는 향후 5~10년 동안 지원할 웨이퍼 크기를 미리 계획하고 결정해야 합니다. 주요 고려 사항은 모든 웨이퍼 크기 업그레이드에 필요한 프로세스를 설정하는 비용입니다. 대부분의 반도체 시설은 기술적 측면과 비즈니스 측면의 균형을 고려하여 200mm(7.9/8인치) 웨이퍼에 중점을 두었습니다. 그러나 300mm(11.8/12인치)에 대한 요구 사항으로 인해 FAB 및 OSAT는 현대화해야 합니다.

비용: 비용 요소 역시 웨이퍼 크기에 좌우되기 때문에 반도체 제품 개발에 있어 가장 중요한 요소 중 하나로 꼽힌다. 웨이퍼 비용 외에도 FAB 및 OSAT 비용도 고려해야 합니다. 300mm(11.8/12인치) 웨이퍼와 비교할 때, 200mm(7.9/8인치) 웨이퍼를 사용할 때 반도체 칩을 생산하고 조립하는 비용은 의심할 여지 없이 더 낮습니다. 결국, 적절한 웨이퍼 크기를 선택해 마진을 창출하는 것이 핵심이다.

생산하다: 역사적으로 웨이퍼 크기가 증가함에 따라 수율은 감소했습니다. 300mm(11.8/12인치) 웨이퍼가 아닌 200mm(7.9/8인치) 웨이퍼에서 제품을 제조하면 전자의 수율이 낮아집니다. 최종 수율은 궁극적으로 비슷하겠지만, 웨이퍼 크기가 증가함에 따라 반도체 공정을 완성하는 데 시간이 더 오래 걸리기 때문에 수율은 대부분 감소합니다. 더 많은 제품이 동일한 웨이퍼 크기를 사용할수록 이 프로세스는 개선됩니다. 학습된 교훈을 적용하여 총 제품 수율을 높일 수 있기 때문입니다. 최종 수율은 웨이퍼 처리에 의해서도 크게 영향을 받으며, 웨이퍼 크기가 증가함에 따라 주어진 면적당 상당한 수의 다이로 인해 공정 단계 수를 줄이는 것이 더욱 어려워집니다.

반도체 제조 장비 시장은 전기자동차와 하이브리드 자동차의 반도체 부품 수요 증가로 인해 크게 성장했습니다. 여기에 FAB 건설을 위한 제조 단위의 증가는 예측 기간의 성장을 보완합니다. 데이터브릿지 시장조사(Data Bridge Market Research) 분석에 따르면, 글로벌 반도체 제조 장비 시장은 2022년부터 2030년까지 연평균 복합 성장률(CAGR) 9.5%로 성장할 것으로 예상됩니다.

연구에 대해 자세히 알아보려면 다음을 방문하세요.https://www.databridgemarketresearch.com/ko/reports/global-semiconductor-manufacturing-equipment-market

다양한 애플리케이션의 칩 사용에 대한 강조

SEMI에 따르면 업계가 월간 웨이퍼 770만 개(wpm) 이상의 최고 기록에 접근함에 따라 전 세계 반도체 제조업체는 2023년부터 2026년까지 200mm 팹 용량을 14% 늘려 12개의 새로운 200mm 볼륨 FAB를 추가할 것으로 예상됩니다(EPI 제외). ).

200mm 투자의 주요 동인은 자동차, 산업, 소비자 부문에 필수적인 전력 및 화합물 반도체입니다. EV 사용량이 증가함에 따라 특히 파워트레인 인버터와 EV 충전소의 개발로 인해 전 세계적으로 200mm 웨이퍼 용량이 증가할 것으로 예상됩니다. 자동차용 칩 공급이 안정화되는 동안에도 EV의 칩 탑재량 증가와 충전 시간 단축에 대한 요구로 인해 Capa 확대가 촉진되고 있습니다.

미래 수요를 충족시키기 위해 STMicroelectronics, Bosch, Fuji Electric, Infineon, Mitsubishi, Onsemi, Rohm 및 Wolfspeed와 같은 칩 공급업체는 200mm 용량 프로젝트의 속도를 높이고 있습니다.

글로벌 SiC 전력 반도체 시장은 개발 도상국의 소비자 전자 제품, 자동차 및 산업과 같은 다양한 산업 분야에서 전력 전자 장치에 대한 수요 증가로 인해 최근 몇 년 동안 상당한 성장을 보이고 있습니다. 이는 주로 컴팩트한 설계, 단순화된 회로, 높은 전류 및 전압을 견딜 수 있는 능력 등 여러 가지 장점 때문입니다. Data Bridge Market Research 분석에 따르면, 글로벌 SiC 전력 반도체 시장 시장은 2022년부터 2030년까지 연평균 복합 성장률(CAGR) 9.5%로 성장할 것으로 예상됩니다.

연구에 대해 자세히 알아보려면 다음을 방문하세요.https://www.databridgemarketresearch.com/ko/reports/global-sic-power-semiconductor-market

제조업체는 자동차에 대한 수요가 높기 때문에 리드 타임을 단축하려는 강력한 인센티브를 가지고 있습니다. 6인치 및 8인치 웨이퍼를 생산하는 성숙한 FAB는 대부분 다양한 자동차 전자 제어 장치에 사용되며 이러한 어려움을 겪을 수 있습니다. 이러한 웨이퍼는 종종 오래되고 효율성이 떨어집니다. 새로운 시설과 도구 설정을 통해 자동화를 늘리고 생산량을 늘려 생산 기간을 단축할 수 있지만, 현대적인 시설에서도 이러한 전략을 채택하는 것은 어렵고 시간이 많이 걸립니다. 성숙한 공장은 생산량을 더욱 빠르게 늘리기 위해 전체 장비 효율성(OEE) 향상, 사전에 노동력 제어, 인프라 위험 제거, 동적 성능 관리 등 4가지 필수 작업에 집중하는 보다 엄격하고 포괄적인 전략을 채택할 수 있습니다.

SEMI 200mm Fab Outlook to 2026 보고서에 따르면 전력 및 자동차 반도체용 팹 용량은 2023년에서 2026년 사이에 34% 증가할 것입니다. MEMS, 아날로그 및 파운드리는 8%, 6%, 8%로 3위와 4위를 차지할 것입니다. %는 마이크로프로세서 유닛/마이크로컨트롤러 유닛(MPU/MCU)에 비해 각각 21%입니다.

지역 통찰력

2021년 코로나19 전염병이 정점에 달했을 때 미국은 갑작스럽고 심각한 반도체 부족 현상을 겪었습니다. 가전제품, 가전제품, 재생 에너지, 자동차 등 수많은 주요 기업이 이러한 부족으로 인해 심각한 영향을 받았습니다. 부족액은 재정적으로 심각한 영향을 미쳤습니다. 미국 상무부는 그 해 미국 경제 성장이 거의 25조 달러 감소했다고 추정합니다.

재정적 영향 외에도, 칩 부족은 수많은 미국 기업이 아시아에서 만든 반도체에 의존하게 된 정도를 드러냈습니다. 전염병은 불쾌한 각성이었고 날카로운 충격이었습니다. 아시아산 반도체에 대한 국가의 광범위한 의존으로 인해 경제는 예상치 못한 사건에 취약했습니다.

반도체 및 과학 생산을 위한 유용한 인센티브 창출법(CHIPS 법)은 재정적 영향의 결과로 만들어졌습니다. 2022년 8월 9일에 발효된 CHIPS 및 과학법은 백악관의 뉴스 성명에 명시된 바와 같이 "미국 반도체 연구, 개발, 제조 및 인력 개발" 발전에 약 530억 달러를 할당합니다. 그 당시.

2023년 4월 유럽연합에서도 유사한 전략이 발표되었습니다. 유럽 칩법(European Chips Act)은 구체적으로 430억 유로(약 470억 달러)를 반도체 산업에 할당하여 2030년까지 반도체 산업의 세계 시장 점유율을 10%에서 20%로 두 배로 늘리는 것을 목표로 합니다. 27개 회원국.

반도체 제조의 독립성을 높이기 위해 유럽과 미국은 현재 자체 반도체 제조 시설을 건설하는 대규모 건설 프로젝트를 시작하고 있습니다.

예를 들어,

미래의 지정학적 위기에 대한 경제의 회복력을 높이기 위해 미국과 유럽 국가들은 공급망을 강화하고 국내에서 제조되는 칩의 양을 늘리고 있습니다.

그림 2: 지역별 200mm 등가 신규 용량(2022~2025년)

Rise in the Production Capacity of 8-inch Third-Generation Semiconductors FABss

 

 

출처: DBMR 분석

Data Bridge Market Research 분석에 따르면 아시아 태평양 지역은 유럽, 중동, 미국 등 다른 지역에 비해 200mm 및 300mm 팹 용량에서 큰 비중을 차지하고 있습니다. 이는 주로 고급 인프라, 시장 참가자의 상당한 존재, 연구 개발에 대한 강력한 투자, 채택을 위한 엄격한 정부 이니셔티브 때문입니다. 또한 아시아태평양 지역은 중국, 대만, 일본 등이 포함된 가장 큰 반도체 시장으로 꼽힌다.

그림 3: 200mm 신규 생산 능력에 대한 지역별 예상 시장 점유율(2022-2025)

Rise in the Production Capacity of 8-inch Third-Generation Semiconductors FABss

출처: DBMR 분석

제조 부문에서는 300mm, 200mm, 150mm 생산 확대에 대한 투자에서 중국이 계속해서 선두 주자로 자리매김하고 있습니다. 주전원 IDM은 300mm 라인을 새로 건설하거나 기존 라인을 확장하고 있습니다. 생태계에는 Bosch, Toshiba, Infineon Technologies 및 Nexperia와 같은 회사가 포함됩니다. 전 세계적으로 200mm 라인이 몇 개 건설되고 있고, 150mm 라인이 200mm로 전환되고 있다. 그 외에도 200mm SiC 용량을 놓고 경쟁하는 전력 IDM에는 Wolfspeed, Infineon Technologies, CRCC 등이 있습니다.

생산 능력 증대를 위해 다양한 제조업체가 취한 조치

다음은 생산 능력을 높이기 위해 여러 제조업체가 취한 몇 가지 전략적 이니셔티브입니다.

글로벌 전기 자동차 시장은 전기 자동차(EV)에 대한 정부 이니셔티브 증가, EV 배터리 가격 인하, 공공 및 민간 전기 자동차 충전 개발, EV 충전 기술 발전과 같은 여러 요인으로 인해 최근 몇 년 동안 크게 성장하고 있습니다. 무선은 그 이상을 의미합니다. 데이터 브릿지 시장 조사(Data Bridge Market Research) 분석에 따르면, 글로벌 전기 자동차 시장은 2023년부터 2030년까지 연평균 복합 성장률(CAGR) 20.35%로 성장할 것으로 예상됩니다.

연구에 대해 자세히 알아보려면 다음을 방문하세요.https://www.databridgemarketresearch.com/ko/reports/global-electric-vehicle-market

새로운 웨이퍼 크기를 향한 미래 반도체 산업의 권고사항

지속적인 반도체 부족 위기로 인해 설비 확장과 현재 생산되는 웨이퍼 크기 중 최대인 300mm(11.8/12인치)를 추구하는 것에 대한 논의도 촉발되고 있습니다.

이는 향후 모든 FAB 및 OSAT 설계에서 아직 본격적인 제조에 사용되지 않은 300mm 또는 심지어 450mm(17.7/18인치)를 선택해야 함을 의미합니다. 논쟁의 주요 요점은 FAB와 OSAT에 단위 공간당 더 많은 다이를 생산할 수 있는 수단을 제공함으로써 용량을 향상시킬 수 있다는 것입니다. 이를 위해서는 의심할 바 없이 상당한 비용이 필요할 것이며, 200mm(7.9/8인치)보다 큰 웨이퍼를 선택하는 FAB/OSAT는 거의 없습니다.

웨이퍼 크기는 반도체 장치에 대한 의존도가 증가함에 따라 반도체 산업이 고려해야 할 또 다른 요소입니다. 더 많은 FAB 및 OSAT를 구축하고 향후 요구 사항에 맞게 준비하는 것은 부족을 유발하는 향후 수요를 제거하는 가장 효과적인 전략입니다. FAB/OSAT는 처음 건설되어 200mm 또는 300mm 웨이퍼를 장착하더라도 지금 450mm 계획을 시작해야 합니다. 이러한 계획을 채택함으로써 FAB와 OSAT는 가까운 미래에 접근할 수 있는 총 용량을 확실히 초과할 수 있는 미래 수요에 대비하게 될 것입니다.

현재 제조되는 것보다 훨씬 더 큰(주로 450mm) 웨이퍼 크기의 사용을 장려하려면 강력한 조치가 필요합니다. 아래 로드맵은 더 큰 웨이퍼 크기 방향으로 뚜렷한 조치를 취해야 하는 이유에 대한 포괄적인 설명을 제공합니다.

용량: 반도체의 희소성을 고려하면 다양한 웨이퍼 크기를 기반으로 하는 오늘날의 생산 능력은 의심할 여지 없이 부족합니다. FAB와 OSAT의 수를 늘리면 용량은 확실히 늘어나지만 웨이퍼 크기가 늘어나는 만큼은 아닙니다. 반도체를 생산하는 회사는 더 큰 웨이퍼 크기로의 업그레이드를 미루는 데 따른 장기적인 비용을 고려해야 합니다. 300mm 범위의 웨이퍼 FAB/OSAT는 시작점이 될 수 있으며 450mm까지 확장될 수 있습니다.

FAB-LITE: 미래의 거대한 웨이퍼 크기를 독점적으로 지원하는 몇 가지 특수 반도체 FAB 및 OSAT를 개발하는 것은 웨이퍼 크기 관리를 위한 또 다른 전략입니다. 이는 450mm 또는 675mm(26.6/27인치) 크기의 웨이퍼 FAB/OSAT 전용 시설일 수 있습니다. 이 계획에 따르면 새 건물은 향후 더 큰 크기의 웨이퍼를 위한 연구 개발 허브 역할을 하게 될 것입니다. 기술이 발전함에 따라 이러한 대형 웨이퍼 크기를 사용하여 비용을 절감함으로써 대량 생산이 가능해질 것입니다.

협력: 더 큰 웨이퍼 크기를 처리할 수 있는 FAB 및 OSAT를 설정하는 데 비용이 많이 듭니다. 다양한 제조업체를한데 모아 다양한 고객에게 서비스를 제공하는 클러스터 기반 시설에 투자하는 것이 이러한 비용을 줄일 수 있는 유일한 선택입니다. 이로 인해 IP 및 기타 기밀 문제가 의심할 여지 없이 발생하지만, 협력 없이는 더 큰 웨이퍼 크기에 초점을 맞춘 용량을 늘릴 수 없습니다.

대상 노드: 특정 기술 노드의 경우 더 큰 웨이퍼 크기가 사용될 수도 있습니다. 이 접근 방식에서는 필요한 투자와 제조 비용이 모두 균형을 이룰 수 있습니다. 다가오는 신기술을 갖춘 노드보다 더 안정적인 프로세스를 갖춘 오래된 노드가 가장 적합한 노드일 수 있습니다. 이는 의심할 여지 없이 더 큰 웨이퍼 크기의 사용을 장려할 수 있습니다.

능률: 궁극적으로 동일한 시간에 더 많은 부품을 배송함으로써 웨이퍼 크기가 클수록 효율성이 향상됩니다. 생산 기술이 경제적이면 총 비용과 투자가 동일합니다. 이는 반도체 산업에서 더 큰 웨이퍼 크기를 선호하는 또 다른 주장일 뿐입니다.

결론

8인치 웨이퍼 생산 능력 부족은 주로 이러한 혼합 신호 프로세서 및 전력 장치에 대한 수요가 지속적으로 증가하기 때문입니다. 8인치 웨이퍼 공급량이 사상 최대치를 기록하고 있어 파운드리들의 생산능력 확대가 예상된다. 게다가 파운드리들은 IDM으로부터 8인치 생산라인과 관련 기계 구매에 관심을 갖고 있다. 현재 8인치 반도체 장비를 생산하는 공급업체가 거의 없는 것으로 나타났습니다. 이는 이러한 장비의 가격이 갑자기 상승했음을 의미하며, 2019년 이후 심각한 부족 현상이 발생했습니다. 이로 인해 일부 파운드리에서는 8인치 반도체 장비의 가격을 인상했습니다. 인치 웨이퍼를 고객에게 제공합니다.

일부 IC 생산업체는 현재 설계를 180nm 및 350nm의 8인치 라인에서 12인치 웨이퍼를 사용하는 새로운 라인으로 이전하고 있는 것으로 나타났습니다. 또한 많은 파운드리에서는 12인치 웨이퍼에서 생산되는 적절한 130nm 프로세스를 제공합니다. 이는 미래의 용량 요구 사항을 충족하고 지리적으로 공급망을 다양화하기 위한 백업 또는 기본 소스로 사용할 수 있습니다.

현재 8인치 웨이퍼에 실리콘을 사용하는 조직은 현재의 부족 현상을 경고로 해석해야 하기 때문에 미래 요구 사항에 대한 평가를 우선적으로 수행해야 합니다. 상당한 양의 용량이 필요한 경우 12인치 노드로 마이그레이션하는 것을 고려하고 1차 또는 2차 소스 생산 공장에서 프로세스를 완료할 시간을 가져야 합니다.


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