中國正力推磊晶設備市場?

作者 : Yole Développement

包括MOCVD、HTCVD和MBE在內的磊晶設備市場對功率和光電應用而言至關重要。Yole預計在2026年,這一市場規模可望達到11億美元。

Yole Développement (Yole)日前發佈《超越摩爾定律的磊晶設備報告2021 版》(Epitaxy Equipment for More than Moore 2021)指出,包括金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、高溫化學氣相沉積(HTCVD)和分子束磊晶(MBE)在內的磊晶設備市場對於功率和光電應用至關重要,並預計將在2026年成長至11億美元的市場規模。

其中,MOCVD的市場規模預期將以7%的CAGR成長,至2026年可達到6.3億美元。MOCVD在大規模量產(HVM)市場上佔很大比重,以2020 年設備市場營收來看,其市佔率超過60%。HTCVD市場將以9.5%的CAGR成長,至2026年將達到約3.93億美元。MBE設備市場則將以7.1%的CAGR成長,預計在2026年達到6,800萬美元的市場價值。

MtM應用的關鍵任務基礎

Yole半導體製造技術與市場分析師Vishnu Kumaresan指出,「我們正處於一個關鍵的歷史時期,圍繞我們週遭的每一款裝置都在變得更智慧、更環保也更小巧。就連嚴酷的新冠肺炎(COVID-19)疫情形勢也只是進一步加速了半導體產業的技術創新,因而對於該產業帶來的也都是積極效應。在這場創新競賽中,各廠商都在使用超越摩爾定律(More-than-MooreMtM)的方法為我們的日常裝置添加更多功能,不僅縮小尺寸,更使用非矽材料以及為其進行異質整合,以提升PPAC (功率-性能-面積-成本)特性。」

有鑒於此,矽基細分市場以及包括砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)和磷化銦(InP)等非經典基板的其他細分市場都正以顯著的CAGR成長。然而,對這些材料的選擇也伴隨著對材料品質的嚴格要求,因此需要利用磊晶設備來生長超純薄膜。

截至2020年,用於超越摩爾定律的磊晶設備銷售額總共約為6.92億美元,並預計在2020-2026年間將以8%的CAGR成長,至2026年可望達到11億美元。然而,這些數字並不足以體現磊晶設備在汽車(電動車/混合動力車[EV/HEV])、消費(智慧型手機、智慧手錶、擴增實境/虛擬實境[AR/VR])以及航太與國防等市場中跨足任務關鍵型應用的活力和無處不在。更耐人尋味的是,你會發現用於HVM的這些複雜磊晶設備系統都是由少數幾家廠商提供的,包括一些在主流前端市場不太知名的企業。

技術趨勢直接轉化為設備需求

從技術方面來看,MOCVD和MBE設備主要用於GaAs、GaN、InP等化合物半導體材料。HTCVD技術則專門用於製造基於 Si和 SiC的元件。從歷史上看,基於GaN的傳統LED等商用元件需要MOCVD。然而,越來越多的高階應用,如快速充電器、MicroLED顯示器和用於3D感測的垂直共振腔面射雷射(VCSEL),將在未來幾年推動需求。

至於HTCVD,其主要市場仍然是基於Si和SiC磊晶材料的功率應用,主要部署至汽車和工業等細分市場。

MBE作為MOCVD的潛在競爭方案,已經用於小量、高性能要求的應用了。雖然MOCVD和HTCVD在2020年的合併營收約6.5億美元,但MBE市場仍然有限,估計營收僅略高於4,000 萬美元。這是因為MBE用戶主要專注於試產線和研發應用,僅有一小部份量產RF和VCSEL元件。由於考慮到這三種設備類型,來自廣泛應用的需求直接轉化為不同磊晶材料組的市場成長。尤其是中國對於SiC的需求量相當大。

儘管如此,Yole指出,在很多情況下,2020年和2021年對該設備的投資比實際市場需求更具策略意義。2021年這一設備市場預計將成長15%,這一成長態勢並將持續到2022年。為了解釋這一市場成長,必須在元件層面考慮加速技術轉型的各種宏觀經濟因素。例如,GaN和SiC正以迅雷不及掩耳的速度滲透至汽車和消費市場領域。整體來看,這些材料過渡至非矽晶圓以及更高的晶圓直徑也比先前預期發生得更快。

地緣政治形勢加劇供應商競爭格局

Yole 在其發佈的《超越摩爾定律的磊晶設備報告2021 版》報告中分析,目前,很少有設備供應商能夠滿足這種對設備的高需求。

Yole指出,在超越摩爾定律領域中約有11家主要的磊晶設備供應商。排名前三的設備供應商是Aixtron、Veeco和中微半導體(AMEC)。在2020年的超越摩爾定律領域的磊晶設備市場中,這些公司的營收佔有率達62%

然而,這個市場極其複雜,事實上,其他各類前端設備巨擘也佔有一席之地。如應用材料(AMAT)、東京威力科創(Tokyo Electron Limited;TEL)、ASM International和北方華創(Naura)幾家公司;一些特定領域的競爭企業,如大陽日酸株式會社(Taiyo Nippon Sanso)、紐富來科技(NuFlare Technology)、LPE;還有幾家中國新創企業。

根據Vishnu Kumaresan,「2020 年的市佔率由前三大企業主導並不意外,至少自2018年以來一直是如此。但如果我們只看排名前兩大的業者,從2018年到2020年間,德國設備公司Aixtron的市佔率提高了10%,而美國Veeco的市佔率則下降了15%。造成這種情況的眾多原因之一是中美貿易的緊張局勢,而半導體產業正是這場矛盾的戰場之一。由於磊晶設備市場的需求主要由中國帶動,使得這場戰事在該領域更為激烈。因此,2020 年成為Aixtron在中國銷售表現最亮眼的年份之一,其營收中有大約57%都來自中國,而Veeco的營收中僅有13%來自中國。」

Aixtron理所當然地將持續穩居其於整個磊晶設備市場的龍頭地位,而Veeco則在其於2020年的MBE市場營收成長帶動下,持續市場第二的位置。同時,AMEC則緊隨其後,由於出貨大量用於LED元件的設備而排名第三。

HTCVD碳化矽細分市場主要由TEL主導;另一方面,HTCVD矽磊晶設備市場則由應材公司主導。在 MBE方面,法國公司Riber也繼續佔據一席之地。

Yole預計,隨著地緣政治局勢的演變和供應鏈的日益脆弱,設備供應商之間的競爭將在未來幾年加劇。

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