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全球晶圆厂建设平均速度比拼:日本最快美国最慢

发布日期:2021-12-30 09:42:40 【关闭】
摘要:“美国目前建造的晶圆厂数量少于世界其他地区,也正因此,为了解决这一问题,美国专门针对半导体产业提交了CHIPS法案,但是根据substack.com的统计报告显示,相对于全球其他地方,美国晶圆厂建设的周期更长,这也许是各家公司考虑在亚洲等地区兴建新的晶圆厂的重要原因之一。‘’

美国目前建造的晶圆厂数量少于世界其他地区,也正因此,为了解决这一问题,美国专门针对半导体产业提交了CHIPS法案,但是根据substack.com的统计报告显示,相对于全球其他地方,美国晶圆厂建设的周期更长,这也许是各家公司考虑在亚洲等地区兴建新的晶圆厂的重要原因之一。

美国目前建造的晶圆厂数量少于世界其他地区,也正因此,为了解决这一问题,美国专门针对半导体产业提交了CHIPS法案,但是根据substack.com的统计报告显示,相对于全球其他地方,美国晶圆厂建设的周期更长,这也许是各家公司考虑在亚洲等地区兴建新的晶圆厂的重要原因之一。

由于晶圆厂独特的基础设施要求以及大型建设项目必须的监管流程,半导体晶圆厂的建设需要数年时间。从 1990 年到 2020 年,全球大约有 635 座新建半导体工厂建成,平均建设周期为 682 天。该时间表不包括预先许可和施工前的考虑,因此晶圆厂的实际建设周期平均超过了两年。

1990-2020 年按地区分列的新建 Fab 平均所需时间

建造新晶圆厂所需的时间存在相当大的区域差异。日本(584 天)和韩国(620 天)建造晶圆厂的平均速度明显快于世界其他地区。美洲是半导体设备商的主要所在地,但其建造晶圆厂的速度显着降低,平均耗时 736 天,比日本长约五个月。而在五个月内,三星和台积电等代工厂可以生产大约 500,000 片晶圆。

从 1990 年到 2020 年,在美国建造新晶圆厂所需的时间增加了 38%,从 1990 年到 2000 年的平均 665 天(1.8 年)上升到 2010 -2020年的 918 天(2.5 年)。与此同时,美国新建晶圆厂项目总数减半,从 1990-2000 年的 55 个晶圆厂项目减少到 2010 年至 2020 年的 22 个。

美国平均晶圆厂建设时间 (L) 和十年间晶圆厂数量 (R)

与其他地区相比,美国新晶圆厂项目总数的下降以及缓慢的速度非常令人印象深刻。例如,在中国,新晶圆厂项目总数从 1990-2000 年期间的 14 个增加到 2010-2020 年期间的 95 个。与此同时,中国这些晶圆厂项目从开工到投产的平均天数从 2000-2010 年的 747 天(2 年)减少到 2010-2020 年的 675 天(1.85 年)。中国正在建造更多的晶圆厂,并且建造速度显著加快。

中国平均晶圆厂建设时间(L)和十年间晶圆厂数量(R)

其他地区如何扶持晶圆厂建设

晶圆厂有广泛的基础设施要求。现代晶圆厂需要获得:(1) 大块空地 (2)可靠、负担得起且稳定的租赁期 (3) 水、(4) 电、(5) 人才、(6) 交通基础设施和 (7) 附近的额外徒弟,用于其供应商的布局。

Fab 对于基础设施的要求。

晶圆厂的许多基础设施要求涉及各级政府机构,有时管辖范围可能重叠。因此,建设必须仔细地通过监管流程。认识到这些法规和许可流程会影响建设周期,而其他国家提供激励措施和间接补贴以加快晶圆厂建设时间。以下是一些特定国家及地区的摘要:

台湾地区:

台湾地区提供税收和关税激励措施以及研发 (R&D) 补贴,以吸引半导体公司。具体而言,台湾维持 17% 的营业税税率,允许半导体公司每年最多将其研发费用的 15% 计入所得税账单,并允许公司免关税进口半导体制造设备。在台湾建立研发中心的半导体公司也可获得高达总支出 50% 的补贴。国际半导体公司显然对这些激励措施做出了反应。这些优惠措施已成功吸引美国存储芯片公司美光在台湾建厂,而荷兰的ASML等设备供应商,以及美国的Applied Materials和Lam Research均已在台建设工厂、研发中心或培训总部。台湾的投资当局还帮助美国芯片制造商在国内建设晶圆厂“在征地方面,加快了行政程序,消除了投资障碍(例如协调地下管道等),组织了招聘会以帮助公司招聘人才。”

中国:

中国对半导体行业的产业计划是众所周知的,其激励/补贴显然旨在促进晶圆厂建设。一些不太明显但有趣的激励措施包括通过国家公用事业公司以低于市场价格向半导体公司提供水和电。同样,经合组织观察到,以低于市场价格向半导体制造商提供土地是一种投资激励形式。经合组织强调了中国半导体公司清华紫光集团的案例,该公司“以每平方米 240 元人民币的价格为其在成都的代工厂购买土地,而二线城市工业用地的官方平均价格为每平方米724 元。”

新加坡:

通过经济发展委员会和 JTC Corporation 等政府机构,新加坡建立了四个工业园区,为半导体制造商及其供应商提供可随时使用的土地,这些土地预先配备了电力和道路等基本基础设施。这些屋苑还包括现成的设施,配备冷冻水、大宗工业气体供应,并采用振动控制施工技术。新加坡政府努力的结果是显而易见的,成功吸引了 14 家全球半导体公司,在这些产业中雇佣了 18,600 名工人。

美国影响晶圆厂建设的部分法规

在联邦层面,有许多旨在维持环境质量的法律,众所周知,这些法律往往会大大推迟重大建设项目。值得注意的是,国家环境政策法案 (NEPA) 审查程序管理被视为“重大联邦行动”的建筑项目。如果 CHIPS 法案的提供激励措施被确定为一项“重大联邦行动”,那么新半导体工厂的建设可能会大大推迟。 2020年,白宫环境质量委员会编制了 2010 年至 2018 年间提交的 1,276 份环境影响报告 (EIS) 的时间表数据,发现 NEPA 审查平均为 4.5 年。该许可过程不包括实际建造半导体工厂所需的平均 1.86 年。当然,这个数字并不完全反映其他联邦环境审查,其中一些可能与 NEPA 进程同时进行或完全单独进行。

白宫 2017 年的一份报告还指出,《清洁空气法》要求的施工前许可证和运营许可证是“负责任和及时的设施许可的主要障碍”,发现“对于一些大型项目,许可过程可能需要 12 – 18 个月。”最近,EPA 宣布了在六个月内做出许可决定的目标。但如前所述,鉴于该行业运作的时间紧迫,任何延迟都可能对公司的竞争力造成代价。

美国正试图通过立法解决这一问题

Sens. Hagerty、King 和 Portman 最近对 NDAA 提出了一项修正案,该修正案将减轻技术建设项目的监管负担。该修正案将在 FAST-41 联邦许可计划中增加关键技术,如半导体或电动汽车电池。 FAST-41 计划已运行多年,旨在加强许可机构之间的协调,同时保持这些法规背后的健康、安全或环境保护意图。

但是,该修正案似乎并未纳入最近签署的 2022 NDAA。

结论

美国在半导体制造方面或已落后。从 1990 年到 2020 年,中国建造了 32 座月产能超10万片的晶圆厂,而世界其他地区在同一时期仅建造了 24 座。在这 30 年的时间里,美国没有涉及建造产能大于或等于 100000 万片的新建晶圆厂项目。

1990-2020 年根据地区 (L) 和平均建设时间 (R) 划分,100,000 片晶圆产能以上的Fab项目数量

CHIPS法案旨在解决这个问题。三星、台积电和英特尔最近宣布在美国建造新晶圆厂的消息令人鼓舞。然而,要按时、按预算完成这些晶圆厂建设项目,就需要监管机构帮助扫清障碍。


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