半导体行业成本有多高?( 二 )


更重要的是 , 由于半导体制造是极其精密的过程 , 因此半导体制造的环节对响应设备的要求都很高 , 这也就导致各种半导体设备的成本普遍都很高 。用于封测的激光切割设备价格也很高 , 核心零部件激光头的价格昂贵 , 单个激光头的价值高达十万美元以上 , 并且激光头的寿命通常在两年内 。据长电科技公告 , 2021年其中设备购置费高达15.6亿元 , 划片机计划购买130台(包括划片机和切割机) , 总价3611万美元 。
除了设备 , 半导体的厂房也是一大笔支出 。对于晶圆厂来说 , 一个晶圆厂的布局大概分为7个功能不同的区域:
1.炉管区 。在炉管区 , 以高温反应的方式 , 在硅晶体上形成一层硅化合物 。这层化合物附着性好 , 为之后的打磨和刻蚀做准备 。2.离子植入区 。该区将离子植入晶圆特定区域内 , 达到改变特定区域晶圆导电或者不导电的特性 。3.化学气相沉积区 。该区域利用化学反应将反应气体生成固态 , 并沉积在晶片表面 , 形成薄膜 。4.微影区 。生长了薄膜的晶圆 , 进入图案转录的微影区 , 表面涂抹光刻胶 , 成为光阻 。将其放置于光下进行曝光 。现在 , 硅晶圆表面一部分曝光 , 一部分没有曝光 。5.蚀刻区 。在这个区域内 , 已经曝光的地方将进一步蚀刻 。现在整个晶圆为单晶硅和硅化合物存留 。6.物理气相沉积区 。这个区域将实现导电功能 , 用金属导线将元件连接起来 。7.化学机械研磨区 。这个区域将使用化学反应和机械工具 , 对表面进行进一步打磨 , 方便后续封装 。
这就导致晶圆厂需要极大的占地面积 。英特尔预计在俄亥俄州建立的下一个主要制造基地将容纳多达8个半导体生产设施 , 占地约400公顷 。三星在平泽的工厂面积预计达到16个足球场 。
除了厂房占地面积大 , 半导体制造对产房的环境还有着极高的要求 。
为了控制制造过程中最小程度的受到污染 , 半导体产业开发需要使用洁净室(无尘间) 。无尘间是一个净化过后的空间 , 用超级洁净空气将芯片与外界环境隔离 , 半导体无尘间的级别比手术室要严格10倍 。晶圆厂的核心是洁净室 。所有制造步骤都在这里进行 , 因此可以控制环境以消除纳米级的灰尘 。洁净室地板下是所谓的子晶圆厂 , 其中包含驱动激光器等辅助设备 。
在土地资源有限的情况下 , 半导体工厂对土地的需求导致场地费用成为制造、封测类半导体公司的大笔支出之一 。
半导体专用软件也是高昂的成本
芯片制造所用的相关软件也是高昂的成本之一 。
为了让芯片公司效率提高 , 相应的设计软件系统应运而生 。而随着这些软件的功能越来越完善 , 用于软件的成本也开始升高 。EDA软件的报价相对不透明 , 即使通过折扣补贴并且只使用最核心功能 , 一家EDA软件入门价也已经达到了百万人民币 , 但通常在使用中需要配上两三家的软件一起工作 , 如果设计涉及到先进节点 , 那么半导体公司在EDA软件上的支出将会达到千万人民币 。
随着芯片公司数量不断增长 , 各大EDA供应商营收也积极向好 。全球EDA设计软件巨头中Synopsys2021年全年收入42亿美元;Cadence2021年全年收入达到28.13亿美元 。
【半导体行业成本有多高?】除了EDA , 半导体公司还会用到其他的软件 , 例如针对晶圆生产的半导体生产系统(MES) 。
与此同时 , 这些软件的运行对于计算机来是巨大的工作量 。因此想要保证这些软件的使用 , 芯片公司需要配备百万级的服务器来支撑这类专业的工具 。
这钱花的到底值不值?
对于不同产业链环节上的半导体公司 , 花钱的侧重点各有不同 。制造环节的公司 , 将钱花在买设备、买地;设计类的公司则是请专业人士、买专利 。