Verdict結論
300mm晶圓與200mm晶圓最大的差異在於「每1片的面積與晶片產出數」。300mm(12吋)面積為200mm的2.25倍,相同晶粒尺寸下可產出約2.4~2.5倍的晶片,大量生產時每顆晶片成本較低,因此用於先進邏輯、DRAM與NAND。200mm(8吋)的晶圓單價與設備成本較低,仍活躍於功率半導體、MEMS、類比、微控制器等成熟製程領域。
主要差異
| 比較項目 | 300mm晶圓(12吋) | 200mm晶圓(8吋) |
|---|---|---|
| 晶圓面積比 | 基準(面積為200mm的2.25倍) | 面積約為300mm的44% |
| 晶片產出數(相同晶粒尺寸) | 比200mm多產出約2.4~2.5倍的晶片 | 晶片數依面積比例較少 |
| 晶圓單價(相對比較) | 高(材料與研磨成本上升) | 便宜 |
| 每顆晶片成本(大量生產時) | 低(因晶片數多) | 先進產品與300mm相比容易偏高 |
| 支援製程節點 | 90nm以後的先進節點,包含台積電2nm在內的最先進製程 | 以0.18μm~45nm左右為主流(部分為65nm) |
| 主要用途 | CPU、SoC、GPU、DRAM、NAND、先進邏輯全面 | 功率半導體、MEMS、RF、類比、微控制器、感測器 |
| 新建晶圓廠投資額(概算) | 1兆日圓以上(月產10萬片規模) | 數千億日圓左右(月產5萬片規模) |
| 設備生態系 | 支援艾司摩爾EUV、最新DUV等最先進設備 | 以成熟設備為主,二手設備與設備廠商翻新品的比重大 |
| 晶圓厚度(SEMI規格) | 775μm | 725μm |
| 傳送載具與自動化 | 以FOUP+天車搬運(AMHS)全自動傳送為前提 | 多使用晶舟盒(Cassette)與SMIF Pod,人工搬運比例高 |
200mm晶圓短缺撼動半導體供應鏈的原因
在2020~2022年的半導體短缺中,車用與工業設備用的功率半導體、微控制器、類比IC多在200mm晶圓廠製造,因而發生嚴重的供貨不足。200mm晶圓廠過去未獲得像300mm那樣大規模的投資,難以因應增產,加上新建晶圓廠也需要2~3年,導致短缺長期化。基於這個教訓,瑞薩、意法半導體與英飛凌正加速對200mm晶圓廠的追加投資。
功率半導體中SiC與GaN轉向200mm晶圓的動向
SiC(碳化矽)功率半導體過去以4吋、6吋晶圓為主流,目前正快速轉向8吋(200mm)。Wolfspeed、意法半導體、羅姆與三菱電機正在建置支援8吋SiC晶圓的晶圓廠。轉為8吋後,晶片產出數比6吋增加約78%,可大幅降低成本。此外,未來轉向12吋(300mm)SiC晶圓的研究也在推進中。
常見問題
為什麼轉向450mm晶圓遲遲沒有進展?
2010年代前半,英特爾、台積電、三星、艾司摩爾等曾研議轉向450mm,但設備與晶圓材料的開發成本龐大,看不到投資回收的可能,計畫於2015年左右實質凍結。由於需要整個產業同時投資,無法取得共識,從300mm轉向450mm至今仍看不到前景。
現在還能買到二手的200mm設備嗎?
可以,二手200mm半導體製造設備有活絡的市場。由於200mm用的全新設備機種有限,一般是透過專業貿易商或設備廠商的認證二手計畫採購翻新設備。在2021年前後半導體短缺時期需求急增,二手設備價格也隨之上漲。
日本的半導體工廠使用哪一種晶圓?
鎧俠與Western Digital的北上工廠(NAND)、Rapidus的新千歲(2nm計畫)採用300mm。瑞薩、東芝、三菱電機、富士電機等的功率半導體與類比則以200mm(8吋)或150mm(6吋)為主。台積電的熊本工廠(JASM)以300mm運作。