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Kleinformatige Wafer

Alte Fabs sterben nie

22. Februar 2021, 15:30 Uhr   |  Ralf Higgelke

Alte Fabs sterben nie
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Auch wenn der Trend hin zu Wafern mit größeren Durchmessern geht, floriert der Markt mit kleinformatigen Wafern bis 6 Zoll weiterhin. Woran das liegt, haben Gäel Giusti und Vishnu Kumaresan von Yole Développement untersucht.

Schlagzeilen rund um Wafer-Fabs drehen sich meist um die beträchtlichen Summen, die für den Bau neuer Werke nötig sind. So investiert beispielsweise Infineon 1,6 Mrd. US-Dollar in eine 12-Zoll-Fab in Villach (Österreich), TSMC gar 12 Mrd. US-Dollar in Arizona (USA). Aber das bedeutet nicht, dass die Halbleiterindustrie dem Markt für 6-Zoll-Wafer und darunter den Rücken kehrt. Weit gefehlt! Derzeit gibt es weltweit rund 800 Fabs, die zwischen 1 Zoll und 6 Zoll prozessieren, verteilt auf Asien (464), die USA (187) und Europa (136). Wenngleich einige Hersteller auf höhere Wafer-Durchmesser skalieren, ist der Markt für kleine Wafer-Dimensionen weder kränkelnd, geschweige denn tot.

Yole Développement
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So sind die Wafer-Fabs, die Wafer zwischen 1 Zoll und 6 Zoll prozessieren, weltweit verteilt.

Mitverantwortlich dafür ist die Zunahme von More-than-Moore-Anwendungen, bei denen analoge Funktionen in CMOS-basierte Technologien integriert werden, sowie Nicht-Silizium-Technologien. Darüber berichtet die Studie 6“ and Below: Small-Dimension Wafer Market Trends 2020 von Yole Développement. Für den Gesamtmarkt für 1-Zoll- bis 6-Zoll-Wafer prognostizieren die Marktforscher von 2019 bis 2025 eine jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 1,3 Prozent, mit einem geschätzten Umsatz von 5,6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025. Innerhalb dieses Markts wird voraussichtlich der 2-Zoll-Markt am schnellsten wachsen, vor allem durch den Anstieg bei Indiumphosphid (InP). Aber auch der Markt für 6-Zoll-Wafer soll zwischen 2019 und 2025 um 4,7 Prozent wachsen.

Umfangreiches Ökosystem

Ein umfangreiches und vielfältiges Ökosystem ist weltweit vorhanden, um diese Fabs zu versorgen, wie Rohstofflieferanten (z. B. Silicon Wafer Enterprises in Kalifornien und Atecom Technology in Taiwan) und Wafer-Produzenten (z. B. Atecom, MonoCrystal in Russland, Pam-Xiamen in China und Siltronic in Deutschland). Diese liefern direkt an die Fabs, zum Beispiel von Intel, Global Foundries und TSMC, aber auch an Wafer-Distributoren, die Wafer auch in kleineren Mengen an Forschungseinrichtungen wie imec und Fraunhofer sowie an Universitäten, Start-ups und KMU liefern. Darüber hinaus gibt es überall auf der Welt Wafer-Distributoren, zum Beispiel Elma im asiatisch-pazifischen Raum, Wafer Export in Europa und Nova Electronic Materials in den USA.

Eine weitere Bezugsquelle von Wafern für Fabs sind »Wafer Reclaimer«. Diese bereiten Wafer wieder auf, die den gesamten oder einen Teil des Prozesses in der Fab durchlaufen haben, aber aus irgendeinem Grund aussortiert wurden. Der Grund dafür kann zum Beispiel eine Designänderung oder ein Fehler in der Lithografie sein. Die Oberseite des Wafers wird »gelöscht« und kann, nachdem die oberste Schicht entfernt worden ist, in die Fab zurückgeführt werden, wo er wie ein herkömmliches Substrat für Test und Qualifizierung behandelt wird.

Wafer-Reclaimer konzentrieren sich heute meist auf 8-Zoll- und 12-Zoll-Wafer, da es finanziell nicht sinnvoll ist, kleinformatige Silizium-Wafer aufzubereiten. Allerdings zeichnet sich ein interessanter Trend ab: Der Markt für die Rückgewinnung von Nicht-Silizium-Substraten, insbesondere SiC und GaAs, wächst. Diese beiden Substrate sind im Vergleich zu Silizium immer noch so teuer, dass es wirtschaftlich sinnvoll ist, diese Wafer auch bei einer Größe von 6 Zoll und darunter aufzubereiten. Auch der Markt für die Rückgewinnung von 4 Zoll bis 6 Zoll großen GaAs-, GaN- und anderen Nicht-Silizium-Wafern (abgesehen von Saphir) wächst, weil sie im Allgemeinen viel teurer sind als Silizium-Wafer.

Konsolidierung in der Branche

Zuletzt hat sich eine Menge konsolidiert – vor allem im SiC-Markt, in geringerem Maße auch im GaN-Markt. In den letzten Jahren erwarb STMicroelectronicsNorstel und Exagan, Soitec übernahm EpiGaN. Im Februar 2020 kaufte SK Siltron, einer der weltweit größten Hersteller von Silizium-Wafern, das SiC-Wafer-Geschäft von DuPont. Dies zeigt, dass selbst große Hersteller von Silizium-Wafern an More-than-Moore-Materialien interessiert sind und ihre Lieferketten stärkwben wollen.

Außerdem wurden seit 2018 mehrere bedeutende Liefervereinbarungen abgeschlossen, beispielsweise liefert Cree/Wolfspeed SiC-Wafer an Infineon sowie an STMicroelectronics und ON Semiconductor. SiCrystal, ein Tochterunternehmen von Rohm Semiconductor, liefert ebenfalls SiC-Wafer an STMicroelectronics, und GT Advanced Technologies unterzeichnete einen Liefervertrag mit ON Semiconductor für SiC-Wafer und mit Infineon für SiC-Boules. Seit Juni 2020 hat II-VI die SiC-Technologie von GE lizenziert und sich auf SiC-Bauelemente für den Automobil- und Flugzeugsektor spezialisiert.

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Dynamischer Markt für alte Fabs

Zusätzlich zu den Neuerrichtungen gibt es einen dynamischen Markt für generalüberholte Anlagen und Serviceverträge, was die These stärkt, dass Fabs niemals sterben. Abgeschriebene Fabs bieten auch die Möglichkeit, Bauelemente kostengünstig in hohen Stückzahlen zu produzieren. Während High-End-Bauteile in neuen 8-Zoll-Fabs gefertigt werden können, gibt es nach wie vor eine erhebliche Nachfrage nach 6 Zoll großen Silizium-Wafern für herkömmliche Leistungs-IGBTs und -MOSFETs. Außerdem unterstützen kleinere Wafer die Innovation, da sie sowohl für Kleinserien, Prototypen und Forschung als auch für die Massenfertigung geeignet sind.

In komplett abgeschriebenen Fabs für Wafer mit einem Durchmesser von weniger als 6 Zoll können Prozessanlagen für ein spezifisches Material oder solche, die an verschiedene Materialien und Durchmesser angepasst werden können – einschließlich 4-Zoll- und 6-Zoll-Wafern – eingesetzt werden, um kostengünstige Dienstleistungen rund um die Fertigung von Komponenten anzubieten.

Es gibt also zahlreiche Gründe dafür, warum der Markt für kleinformatige Wafer weiterhin stabil ist, nicht zuletzt, weil das Verhältnis zwischen Ertrag und Kapitalrendite gut genug ist. Mit anderen Worten: Das Verhältnis von Bauteilperformance zu Fertigungskosten pro Chip rechtfertigt weder einen hohen Kapitalaufwand (CAPEX) noch die Risiken, die mit Prozessumstellungen verbunden sind.

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2. Neue Materialien gewinnen an Bedeutung

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