第一情报 ---材料工业

全球半导体材料产业快速发展

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-10-23   关键字:半导体材料  

进入2003年以来,半导体行业表现突出,产业规模达到1600亿美元。据国际数据有限公司(International Data Corporation,IDC)预计,全球半导体市场在2003年至2008年的复合增长率为12.5%,销售额将升至2820亿美元。而国际著名IT研究与顾问咨询公司Gartner预测,由于数字电视、存储网络以及其他静态存储产品等消费类电子产品的快速增长,国际市场对半导体产业的需求将进一步快速增长。半导体产业的发展也必将极大带动半导体材料市场如硅片的增长,这一点已经得到市场的验证。

SEMI(世界半导体设备及材料协会)统计数据显示,2003年全球半导体材料市场销售总额为230.2亿美元,按区域划分为:日本28%、北美17%、中国台湾15%、欧洲12%、韩国11%、其它地区合计17%;2007年规模将达到300亿美元,年均增长率为6.8%。

2003年全球半导体材料市场销售额按区域划分


资料来源:SEMI,上海科学技术情报研究所整理。

SEMI统计数据显示,2003年全球空白硅晶圆销售量达51.49亿平方英寸,与2002年相比约增加10%,不及2000年半导体创下的销售纪录55.51亿平方英寸。预计在12英寸晶圆需求带动下,空白硅晶圆市场增长将可达到两位数。2004年空白硅晶圆市场规模将从2003年的59亿美元,扩大至68亿美元,到2005年将增长到73亿美元,到2006年为75亿美元。现阶段硅晶圆产能已吃紧,市场需求将持续增长。从销售面积看,2003年硅晶圆销售量虽然增加一成左右,但平均售价走跌,空白硅晶圆销售额仅增长5.5%,为59亿美元。

在产品细分方面,12英寸硅片的普及是必然趋势,只是12英寸硅片需求量剧增的机会短期内将增长缓慢。而与此同时,6英寸硅片的需求量增长迅速,已呈现出供不应求的局面。其主要原因有两个,一是各个硅片厂商预计6英寸硅片的需求不会急速回升,因而对部分生产线进行减产、修整,导致供给减少;同时,近来TFT-LCD面板需求量大增,致使6英寸硅片需求量增加。

全球多晶硅产能增长缓慢

世界半导体级多晶硅的生产技术,现在主要采用改良西门子法。这种方法的主要优点是节能降耗显著、成本低、质量高、采用综合利用技术,对环境不产生污染,具有明显的竞争优势。采用改良西门子法改进的大型还原炉,其炉产量可达到每炉5吨~6吨。这种大型还原炉的显著特点是:能耗低、产量高、质量稳定。

目前,全世界每年消耗约1.8万吨~2.5万吨半导体级多晶硅。2000年全球多晶硅需求为22000吨,达到峰值,随后全球半导体市场滑坡,2001年全球多晶硅产能为26100吨,实际产量为17650吨。2002年全球多晶硅产能为26500吨,产量约为20200吨。2003年世界多晶硅供需情况为:供应能力为26700吨,半导体方面需求为16000吨,太阳电池方面需求为5000吨~6000吨,合计为2.1万吨~2.2万吨,有5000吨~6000吨的供应过剩。但预计2004年和2005年半导体级多晶硅将达到2位数的增长,太阳电池方面供需也将持续增长,因此,2005年需求将达到平衡。为了适应半导体、太阳能电池用硅量的增加,各公司都有增产多晶硅的计划。半导体装置如薄型电视、移动电话、数字家电等市场扩大,使得硅片厂的开工率上升,300mm硅片增产。太阳能电池也因住宅和出口的需求量增加,促使厂家计划增产。

近年来,世界多晶硅材料的主要生产厂家的生产规模都在千吨级规模以上,采用的技术几乎都是先进的改良西门子法,多晶硅生产的主要工序都采用计算机控制。多晶硅生产高度集中于美、日、德3国,世界多晶硅主要生产商生产状况如表1所示。

表1  世界多晶硅各主要生产厂家的生产状况 (单位:吨/年)

公司
2002年
2003年
2004年(估)
产能
产量
用途
产能
产量
用途
产能
产量
用途
半导体
太阳电池
半导体
太阳电池
半导体
太阳电池
德山(日)
4800
3600
2600
1000
4800
4000
3000
1000
4800
4400
3200
1200
三菱材料(日)
1600
1400
1200
200
1600
1400
1200
200
1600
1600
1400
200
住友钛(日)
700
700
700
0
700
700
700
0
700
700
700
0
三菱多晶硅(美)
1200
1000
900
100
1200
1000
900
100
1200
1100
1000
100
赫姆洛克(美)
6100
5100
3100
2000
6100
5300
3300
2000
6100
5700
3700
2000
AsiMI(美)
2400
1900
1900
0
2400
2100
2100
0
2400
2400
2300
100
SGS(美)
2000
150
0
150
2000
1900
0
1900
2000
2000
0
2000
瓦克多晶硅(德)
4200
4000
2500
1500
4200
4200
2600
1600
5000
4600
2800
1800
MEMC帕萨蒂纳(美)
2700
1500
1500
0
2700
1500
1500
0
2700
1500
1500
0
MEMC(意)
1000
1000
1000
0
1000
1000
1000
0
1000
1000
1000
0
合计
26700
20350
15400
4950
26700
23100
16300
6800
27500
25000
17600
7400

资料来源:SEMI,上海科学技术情报研究所整理。

全球单晶硅产品向300mm过渡

目前,硅片主流产品是200mm,逐渐向300mm过渡,研制水平达到400mm~450mm。200mm硅片全球用量占60%左右,150mm占20%左右,其余占20%左右。总体趋势是100mm和150mm的逐步减少,200mm停止增长,300mm的份额逐步增多。据预测,世界300mm的硅片,到2006年将从2000年的1.3%增加到21.1%。而据不完全统计,全球目前已建、在建和计划建的300mm硅器件生产线约有40余条,主要分布在美国和我国台湾等,仅我国台湾就将建设20余条生产线,其次是日、韩、新及欧洲。美、日、台、韩都已经在1999年开始逐步扩大300mm硅片产量。300mm硅片与200mm硅片相比,其面积为200mm的2.25倍,每片产出量提高125%。以生产0.13μm的IC为例,估计整片成本仅提高70%~80%,而对于面积115mm2的芯片,其单片成本可望降低24%。

现阶段,仍然以200mm晶圆0.18μm技术和300mm晶圆0.13μm技术为主。将来,下一个直径发展目标是400mm和450mm,电路的工艺技术将向65nm~45nm发展。根据美国半导体工业协会(SIA)提出的微电子技术发展路线图,到2008年,将开始使用直径450mm的硅片,实现特征线宽0.07μm,硅片表面总厚度变化(TTV)要求小于 0.2μm,硅片表面局部平整度(SFQD)要求为设计线宽的2/3,硅片表面的粗糙度要求达到纳米和亚纳米级,芯片集成度达到9000万个晶体管/cm2等要求。

目前,全世界单晶硅的产能为1万吨/年,年消耗量为6000吨~7000吨。硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业,在国际市场上产业相对成熟,市场进入平稳发展期,生产集中在少数几家大公司,小型公司已经很难进入。2002年全球前10大硅片生产商见表2。

表2  2002年全球前10大硅片生产商

排名
生产商
市场份额
1
信越(日)
28.9%
2
SUNCO(美)
23.3%
3
瓦克(德)
15.4%
4
MEMC(美)
12.8%
5
Komatsu(日)
8.6%
6
Toshiba(日)
4.3%
7
LG Siltron(韩)
4.0%
8
Okmetic(芬)
1.0%
9
Wafer Works(台)
0.5%
10
ATMI(美)
0.3%
11
其他
0.9%

资料来源:SEMI,上海科学技术情报研究所整理。

 


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