Il ruolo della produzione di tubi da 200 mm nel favorire un’industria dei semiconduttori da mille miliardi di dollari

L’industria globale dei semiconduttori è in costante crescita poiché i circuiti integrati (CI) sono ormai una parte pervasiva della nostra vita quotidiana. Nonostante le recenti carenze di approvvigionamento e altre sfide, si prevede comunque che i semiconduttori diventeranno un’industria da mille miliardi di dollari entro il 2030, con oltre due terzi della crescita complessiva previsto essere guidato dalle tecnologie automobilistiche, informatiche/di archiviazione dati e wireless.

Mentre la parte del leone di questo totale apparterrà ai dispositivi avanzati fabbricati su wafer da 300 mm e più, il segmento di produzione da 200 mm ha un ruolo fondamentale da svolgere nell’aiutare l’industria a raggiungere una valutazione di 1 trilione di dollari. Il mercato da 200 mm e inferiori è altamente segmentato e copre molte aree diverse come dispositivi di alimentazione, discreti, LED, sensori e altri. Queste aree si sovrappongono ai fattori trainanti del mercato finale di livello superiore.

Ad esempio, nel settore informatico, ciò che viene in mente inizialmente sono i semiconduttori all’avanguardia per la memoria e la logica, poiché sono i principali motori dell’informatica, seguiti immediatamente dai chip per l’intelligenza artificiale (AI) e l’analisi dei big data. Dalla prospettiva di 200mm, se ti manca il non–dispositivi all’avanguardia che aggirano quella memoria e quella logica, non avrai comunque un sistema informatico funzionante, quindi, mentre i dispositivi da 200 mm e inferiori nel settore informatico potrebbero non essere abilitaresono essenziale.

Gli altri mercati finali di fascia alta hanno una centricità inferiore a 300 mm. La comunicazione dipenderà maggiormente dai dispositivi RF, mentre nel settore automobilistico il contenuto di semiconduttori in più rapida crescita è quello dei dispositivi di potenza costruiti su semiconduttori composti come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN); così come i sensori. Per questi dispositivi, la produzione di 200 mm e meno è un fattore abilitante; anche i contenuti da 300 mm nel settore automobilistico non saranno all’avanguardia.

Il “e sotto” di “200mm e sotto” non deve essere trascurato. I dispositivi all’arseniuro di gallio (GaAs), ampiamente utilizzati per i LED presenti nelle comunicazioni ottiche e nei sistemi di controllo, sono fabbricati su wafer da 150 mm. Inoltre, non stiamo parlando solo di wafer: un descrittore più accurato per questo mercato potrebbe essere “non 300 mm”, per includere la produzione di pannelli per soluzioni di imballaggio avanzate come i dispositivi fan-out a livello di pannello.

La produzione da 200 mm supera gli ostacoli

Ci sono alcuni ostacoli sul percorso verso 1.000 miliardi di dollari che il settore dovrà sviluppare strategie per affrontare e/o aggirare. Il primo è l’attuale contesto geopolitico. Sebbene ciò non abbia un impatto diretto sugli strumenti non da 300 mm, poiché questi strumenti non sono nell’elenco limitato, il silicio da 200 mm è stato trascurato per molto tempo a causa dell’attenzione rivolta ai dispositivi all’avanguardia. La pianificazione strategica complessiva e gli investimenti dei produttori di chip si stanno ora spostando per affrontare l’importanza dei nodi tecnologici all’avanguardia, come evidenziato dall’impennata di nuove fab da 200 mm. La transizione di parte della produzione a 200 mm e inferiore può allentare le forze competitive, consentendo risparmi sui costi e volumi di produzione ottimizzati, contribuendo a incrementare i ricavi.

Un altro ostacolo che la produzione non da 300 mm può aiutare a mitigare è il sovrainvestimento in termini di capacità. Per anni, l’industria globale dei semiconduttori ha investito eccessivamente innanzitutto nella capacità dei LED; e poi nei dispositivi RF. L’esempio più recente è il GaAs per applicazioni RF. Le fabbriche GaAs funzionano a un tasso di utilizzo del 30-35%, principalmente perché, per ogni produttore di dispositivi GaAs di successo, sono state create altre tre o quattro fabbriche, creando un eccesso di capacità. La prossima tecnologia in cui ciò potrebbe ripetersi è il SiC: gli attuali volumi di investimenti potrebbero portare a un eccesso di offerta nei prossimi anni.

La conclusione fondamentale è che gli investimenti devono essere più strategici e meno reattivi. Se tutti continuano a spendere troppo e a sprecare risorse nel tentativo di arrivare a mille miliardi di dollari, l’ostacolo diventa ancora più grande. Una maggiore collaborazione nella pianificazione strategica aiuterebbe a vincere questa sfida: più aziende si uniscono per concordare chi investe in cosa a lungo termine. Si tratta certamente di un compito arduo, ma potrebbe diventare un must se vogliamo interrompere il ciclo di spesa eccessiva/eccesso di offerta.

La materia conta

I materiali svolgono un ruolo fondamentale nel settore dei semiconduttori e possono avere un impatto significativo sulla sua capacità di raggiungere una valutazione di 1 trilione di dollari. Poiché l’efficienza energetica diventa sempre più importante nei dispositivi elettronici e nei data center, i materiali che riducono il consumo energetico sono vitali. Sia SiC che GaN contribuiscono a migliorare l’efficienza energetica e a ridurre la generazione di calore. Oltre ai semiconduttori composti, materiali come i dielettrici ad alto valore k sono essenziali per ottenere transistor di dimensioni più piccole e prestazioni più elevate.

Mentre la produzione da 300 mm è definita dalla geometria, quella da 200 mm e inferiore è definita dall’innovazione dei materiali. Il nostro focus non è sulle larghezze di linea di 7 nm/5 nm ma, ad esempio, sull’ottenimento di wafer SiC con pochi difetti. L’implementazione della deposizione chimica in fase vapore metallo-organica (MOCVD) e l’impilamento dei materiali per ottenere le migliori prestazioni sono le principali sfide relative ai materiali che affrontiamo nell’arena dei materiali non 300 mm. Il GaN come prossima alternativa per i dispositivi di potenza non ha ancora preso piede, ma la transizione dal silicio e dal SiC alla produzione in serie di GaN presenterà nuove sfide. In ogni caso, l’elettronica di potenza è in forte crescita – Gruppo Yole prevede che il mercato raggiungerà i 33,3 miliardi di dollari nel 2028 con un CAGR dell’8,1%.

Collaboratori strategici nella produzione da 200 mm e oltre

Aziende come Plasma-Therm che si sono costantemente concentrate sulla produzione inferiore a 200 mm sono ben posizionate rispetto all’attuale contesto tecnologico e geopolitico. Mentre chi opera nel settore dei 300 mm pensa ai 200 mm, noi abbiamo costruito la nostra attività concentrandola sui 200 mm e sotto. Piuttosto che dilettarsi nel SiC per sfruttare l’andamento della potenza o come mezzo per scalare a 200 mm, abbiamo preso di mira strategicamente questo settore fin dall’inizio. Stiamo apportando contributi strategici per aumentare la visibilità della produzione da 200 mm e inferiori poiché il suo ruolo nel contribuire a guidare l’industria dei semiconduttori verso quel mercato da 1 trilione di dollari continua a guadagnare slancio.

Questo articolo è apparso per la prima volta nell’Annuario 3D InCites 2024. Leggi il questione completa.