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半导体市场发展潜力绪论大陆是未来半导体市场发展潜力最大的地区之一，预计到公元2005年将占全球半导体市场的１３％，是世界半导体业者兵家必争之地，更是台湾半导体业者追求永续发展不能不正视的市场。IC产业从上游的设计到下游之封装、测试，每个阶段都能够独立作业，也都可以分开在世界各地寻求最适当的生产资源生产之，以提高竞争力，因此国际化程度一直都相当深。台湾厂商近几年来已有不少厂商在大陆建立据点，而且戒急用忍政策即将调整，预计将会有更多厂商、更多投资会前往大陆，如无妥善规划，国内IC产业可能会很快丧失优势，被大陆赶上。因此研究两岸如何分工，使得台商一方面能够利用大陆廉价、优秀之人力资源，一方面又能不断升级，维持竞争优势，实在是一件刻不容缓的课题。半导体工业的制造方法是在硅半导体上制造电子组件(产品包括:动态内存、静态记亿体、微虚理器…等)，而电子组件之完成则由精密复杂的集成电路(IntegratedCircuit，简称IC)所组成；IC之制作过程是应用芯片氧化层成长、微影技术、蚀刻、清洗、杂质扩散、离子植入及薄膜沉积等技术，所须制程多达二百至三百个步骤。随着电子信息产品朝轻薄短小化的方向发展，半导体制造方法亦朝着高密度及自动化生产的方向前进;而IC制造技术的发展趋势，大致仍朝向克服晶圆直径变大，组件线幅缩小，制造步骤增加，制程步骤特殊化以提供更好的产品特性等课题下所造成的良率控制因难方向上前进。半导体业主要区分为材料(硅品棒)制造、集成电路晶圆制造及集成电路构装等三大类，范围甚广。目前国内半导体业则包括了后二项，至于硅晶棒材料仍仰赖外国进口。国内集成电路晶圆制造业共有11家，其中联华、台积及华邦各有2个工厂，总共14个工厂，目前仍有业者继纸扩厂中，主要分布在新竹科学园区，年产量逾400万片。而集成电路构装业共有20家工厂，遍布于台北县、新竹县、台中县及高雄市，尤以加工出口区为早期半导体于台湾设厂开发时之主要据点。年产量逾20亿个。一、半导体产业简介1.1定义半导体是指在硅(四价)中添加三价或五价元素形成的电子组件，它不同于导体、非导体的电路特性，其导电有方向性，使得半导体可用来制造逻辑线路，而使电路有处理信息的功能。1.2原理一般固体材料依导电情形可分为导体、半导体及绝缘体。材料组件内自由电子浓度(n值)与其传导率成正比。良好导体之自由电子浓度相当大(约1028个e-/m3)，绝缘体n值则非常小(107个e-/m3左右)，至于半导体n值则介乎此二值之间。半导体通常采用硅当导体，乃因硅晶体内每个原子贡献四个价电子，而硅原子内部原子核带有四个正电荷。相邻原子间的电子对，构成了原子间的束缚力，因此电子被紧紧地束缚在原子核附近，而传导率相对降低。当温度升高时，晶体的热能使某些共价键斯键，而造成传导。这种不完全的共价键称为电洞，它亦成为电荷的载子。如图1.l(a),(b)于纯半导体中，电洞数目等于自由电子数，当将少量的三价或五价原子加入纯硅中，乃形成有外质的(extrinsic)或掺有杂质的(doped)半导体。并可分为施体与受体，分述如下：1.施体(N型)当掺入的杂质为五价电子原子(如砷)，所添入原子取代硅原子，且第五个价电子成为不受束缚电子，即成为电流载子。因贡献一个额外的电子载子，称为施体(donor)，如图1.l(C)。2.受体(P型)当将三价的杂质(如硼)加入纯硅中，仅可填满三个共价键，第四个空缺形成一个电洞。因而称这类杂质为受体(acceptor)，如图1.l(d)。半导体各种产品即依上述基本原理，就不同工业需求使用硅晶圆、光阻剂、显影液、酸蚀刻液及多种特殊气体为制程申的原料或添加物等，以完成复杂的集成电路制作。1.3制造流程半导体工业所使用之材料包含单一组成的半导体元素，如硅(Si)、锗(Ge)(属化学周期表上第四族元素)及多成分组成的半导体含二至三种元素，如镓砷(GaAs)半导体是由第三族的镓与第五族的砷所组成。在1950年代早期，锗为主要半导体材料，但锗制品在不甚高温情况下，有高漏失电流现象。因此，1960年代起硅晶制品取代锗成为半导体制造主要材料。半导体产业结构可区分为材料加工制造、晶圆之集成电路制造(waferfabrication)(中游)及晶圆切割、构装(waferpackage)等三大类完整制造流程，如图1.2所示。其中材料加工制造，是指从硅晶石原料提炼硅多晶体(polycrystallinesilicon)直到晶圆(wafer)产出，此为半导体之上游工业。此类硅芯片再经过研磨加工及多次磊晶炉(Epitaxialreactor)则可制成研磨晶圆成长成为磊晶晶圆，其用途更为特殊，且附加价值极高。其次晶圆之体积电路制造，则由上述各种规格晶圆，经由电路设计、光罩设计、蚀刻、扩散等制程，生产各种用途之晶圆，此为中游工业。而晶圆切割、构装业系将制造完成的晶圆，切割成片状的晶粒(dice)，再经焊接、电镀、包装及测试后即为半导体成品。1.4半导体的分类半导体产品可大致划分为三大类：分离式组件（Discret）、集成电路（IC）与光电组件（Optical）等，其中IC就占了半导体近九成的比重，可谓半导体的重心所在。就目前国内的发展状况，IC几乎就等于是半导体的代名词，无论就厂商的知名度或是产值的规模，IC都遥遥领先其它的光电组件或分离式组件。IC虽然属于半导体家族中的一员，但经过四十余年的努力，却也衍生出成千成万种不同用途的IC。为了便于讨论，将依MonolithicIC其产品特性可概分为四大类，分别为微组件(Microcomponent)IC、内存(Memory)IC、逻辑(Logic)IC和模拟(Analog)IC。1.5IC产品介绍IC产品可分为四个种类，这些产品可细分为许多子产品(如图所示)，分述如下：内存IC：顾名思义，内存IC是用来储存数据的组件，通常用在计算机、电视游乐器、电子词典上。依照其数据的持久性(电源关闭后资料是否消失)可再分为挥发性、非挥发性内存；挥发性内存包括DRAM、SRAM，非挥发性内存则大致分为MaskROM、EPROM、EEPROM、FlashMemory四种。微组件IC：指有特殊的数据运算处理功能的组件；有三种主要产品：微处理器指微电子计算器中的操作数件，如计算机的CPU；微控制器是计算机中主机与界面中的控制系统，如声卡、影视卡...等的控制组件；数字讯号处理IC可将模拟讯号转为数字讯号，通常用于语音及通讯系统。模拟IC：低复杂性、应用面积大、整合性低、流通性高是此类产品的特色，通常用来作为语言及音乐IC、电源管理与处理的组件。逻辑IC：为了特殊信息处理功能(不同于其它IC用在某些固定的范畴)而设计的IC，目前较常用在电子相机、3DGame、Multi-Communicator(如FAX-MODEN的功能仿真、笔式输入的辨认)...等。1.6IC产业IC的制造可由上游至下游分为三种工业，一是与IC的制造有直接关系的工业、包括晶圆制造业、IC制造业、IC封装业；二是辅助IC制造的工业，包括IC设计、光罩制造、IC测试、化学品、导线架工业；三是提供IC制造支持的产业，如设备、仪器、计算机辅助设计工具工业...等。根据ICE调查指出1994年，以产值的成长率来看，成长最快的产品是DRAM和FlashMemory，成长率各为69%及46%，这两样产品早在90年代初就被看好；直至今日，DRAM的市场已占去了IC业的77%；而FlashMemory更因其包含了所有内存有的特性(如下图：内存IC产品功能属性)，在成本及交期能够加以改善后，可望取代其它多项内存产品的市场，因此从92年至94年都以超过35%的比率成长着。二、半导体产业概况2.1前言全球半导体产业景气历经1991年至1995年的荣景,甚至在1995年出现42.3﹪之高度成长之后，受到DRAM市场持续低迷、PC及其它应用产品未能带动另一波需求、以及亚洲金融风暴所减缓的市场需求，使得半导体产业景气在1998年出现自1978年以来的第三次负成长,衰退幅度达11.4﹪。然而,Internet的普及与盛行、Windows2000的推出、3D影像的应用以及DVD的量产等,均将对半导体产业的复苏产生推波助澜之效。配合日本以及亚洲各国经济的复苏,预期半导体产业将自1999年正式触底反转。依据各国际机构对1999年半导体产业景气的预估，大约呈现10﹪以上的正成长。随着全球半导体市场将自1999年起复苏的预期，我国工研院电子所ITIS计划亦预估1999年国内半导体产业值将有35.9﹪的正成长（见表一）。其中IC代工业及DRAM专业制造业受惠程度最大，预期其产值成长幅度亦最为可观，分别可达45.4﹪及44.0﹪；至于落后IC制造及IC代工产业景气复苏的IC封装及测试业，亦有高达25.4﹪及35.9﹪的成长；反倒是IC设计产业,却可能在晶圆代工价格上涨而成本增加、且新产品开发速度不够快的情况下,成长幅度较产业平均值低,仅为18.8﹪表一1998年台湾半导体产业概况及1999年产值预测单位：亿元新台币产值\业别1998年产值1999年产值（F）成长率（F）产业产值2,8343,85135.9﹪设计业46957718.8﹪制造业1,6942,43944.0﹪代工业9381,36445.4﹪封装/国资封装业540/420677/59425.4﹪/41.4﹪测试业13117835.9﹪2.2IC设计业台湾是全球第二大IC设计国（以年产值计算），目前国内约有100多家IC设计公司,以产品区分为两大类型公司：第一类是生产消费性电子芯片的IC设计公司,其产品毛利率普遍较高,但营业额往往随着该项产品的流行与否而有较大幅度的变动。例如前几年相当流行的电子鸡,在该项产品流行退潮后,若无适当的产品替代,将造成业绩的大幅衰退。因此业者多半同时开发数种产品以平衡营业额的高低起伏。第二类是PC相关芯片的IC设计公司,产品包括绘图卡芯片、网络卡芯片、系统芯片组等,而台湾主机板产业产值居世界之冠,因此这类产品以系统芯片组最具规模。不过由于晶片组未来有整合绘图芯片、声卡、调制解调器及网络卡等功能于单一芯片的趋势,因此该类产品整体市场反而有缩小的趋势,对此类型厂商的经营是一大考验。根据工研院电子所ITIS计划的预测,1999年我国IC设计产业的产值可达577亿元新台币,成长率为18.8﹪，较98年的成长率20.4衰退。因此国内IC设计业者有必要加速产品开发速度或扩展产品线,以因应未来成长趋缓的窘境。2.3IC晶圆代工业依据工研院电子所ITIS计划的统计,1998年台湾晶圆代工产业产值为938亿元,占台湾半导体产业总值的33.1﹪，而1999年预估产值为1，364亿元,成长率为45.4﹪，成长速度居我半导体业之冠,占总产值比重也将提升至35.4﹪。此外,就全球晶圆代工产业的角度来看,1998年我国晶圆代工产业产值占全球晶圆代工产业产值的55.3﹪以上，预估1999年比重将提高至65.7﹪，实不愧为我国最具兢争力的产业之一（表二）。表二全球晶圆代工产值与台湾市占率年度\产值全球产值(亿美元）台湾市占率（﹪）1996年51.3639.61997年51.7856.11998年53.855.31999年F63.8665.72000年F81.722001年F110.772002年F123.47从供给面来看,IC晶圆代工之产能并无大幅增加之隐忧,由于12吋晶圆在1999年之后将成为新晶圆厂之标准,但受到亚洲金融风暴的影响,大多数日本及南韩厂商并无大幅资金可供筹设12吋晶圆厂。预计将等到2002年后才会设立。而12吋晶圆厂将由0.18微米制程切入,因此其设备成本将大幅提高,预期建厂成本将由8吋晶圆厂的10亿美元,大幅增加至12吋晶圆厂的25~30亿美元。如此不仅将使投资风险大幅扩大,更在无形中设立产业进入障碍，遏止无止尽的大幅扩厂。预计在产能扩充速度降至低点,加上建厂完工之时间落差性与新世代12吋晶圆厂替代性造成新增产能的空窗期下,配合因需求面的持续成长所带动的半导体产业景气复苏,将可确保晶圆代工产业景气