大陆是未来半导体市场发展潜力最大的地区之一

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緒論大陸是未來半導體市場發展潛力最大的地區之一,預計到西元2005年將占全球半導體市場的13%,是世界半導體業者兵家必爭之地,更是台灣半導體業者追求永續發展不能不正視的市場。IC產業從上游的設計到下游之封裝、測試,每個階段都能夠獨立作業,也都可以分開在世界各地尋求最適當的生產資源生產之,以提高競爭力,因此國際化程度一直都相當深。台灣廠商近幾年來已有不少廠商在大陸建立據點,而且戒急用忍政策即將調整,預計將會有更多廠商、更多投資會前往大陸,如無妥善規劃,國內IC產業可能會很快喪失優勢,被大陸趕上。因此研究兩岸如何分工,使得台商一方面能夠利用大陸廉價、優秀之人力資源,一方面又能不斷升級,維持競爭優勢,實在是一件刻不容緩的課題。半導體工業的製造方法是在矽半導體上製造電子元件(產品包括:動態記憶體、靜態記億體、微虛理器…等),而電子元件之完成則由精密複雜的積體電路(IntegratedCircuit,簡稱IC)所組成;IC之製作過程是應用晶片氧化層成長、微影技術、蝕刻、清洗、雜質擴散、離子植入及薄膜沉積等技術,所須製程多達二百至三百個步驟。隨著電子資訊產品朝輕薄短小化的方向發展,半導體製造方法亦朝著高密度及自動化生產的方向前進;而IC製造技術的發展趨勢,大致仍朝向克服晶圓直徑變大,元件線幅縮小,製造步驟增加,製程步驟特殊化以提供更好的產品特性等課題下所造成的良率控制因難方向上前進。半導體業主要區分為材料(矽品棒)製造、積體電路晶圓製造及積體電路構裝等三大類,範圍甚廣。目前國內半導體業則包括了後二項,至於矽晶棒材料仍仰賴外國進口。國內積體電路晶圓製造業共有11家,其中聯華、台積及華邦各有2個工廠,總共14個工廠,目前仍有業者繼紙擴廠中,主要分佈在新竹科學園區,年產量逾400萬片。而積體電路構裝業共有20家工廠,遍佈於台北縣、新竹縣、台中縣及高雄市,尤以加工出口區為早期半導體於台灣設廠開發時之主要據點。年產量逾20億個。一、半導體產業簡介1.1定義半導體是指在矽(四價)中添加三價或五價元素形成的電子元件,它不同於導體、非導體的電路特性,其導電有方向性,使得半導體可用來製造邏輯線路,而使電路有處理資訊的功能。1.2原理一般固體材料依導電情形可分為導體、半導體及絕緣體。材料元件內自由電子濃度(n值)與其傳導率成正比。良好導體之自由電子濃度相當大(約1028個e-/m3),絕緣體n值則非常小(107個e-/m3左右),至於半導體n值則介乎此二值之間。半導體通常採用矽當導體,乃因矽晶體內每個原子貢獻四個價電子,而矽原子內部原子核帶有四個正電荷。相鄰原子間的電子對,構成了原子間的束縛力,因此電子被緊緊地束縛在原子核附近,而傳導率相對降低。當溫度升高時,晶體的熱能使某些共價鍵斯鍵,而造成傳導。這種不完全的共價鍵稱為電洞,它亦成為電荷的載子。如圖1.l(a),(b)於純半導體中,電洞數目等於自由電子數,當將少量的三價或五價原子加入純矽中,乃形成有外質的(extrinsic)或摻有雜質的(doped)半導體。並可分為施體與受體,分述如下:1.施體(N型)當摻入的雜質為五價電子原子(如砷),所添入原子取代矽原子,且第五個價電子成為不受束縛電子,即成為電流載子。因貢獻一個額外的電子載子,稱為施體(donor),如圖1.l(C)。2.受體(P型)當將三價的雜質(如硼)加入純矽中,僅可填滿三個共價鍵,第四個空缺形成一個電洞。因而稱這類雜質為受體(acceptor),如圖1.l(d)。半導體各種產品即依上述基本原理,就不同工業需求使用矽晶圓、光阻劑、顯影液、酸蝕刻液及多種特殊氣體為製程申的原料或添加物等,以完成複雜的積體電路製作。1.3製造流程半導體工業所使用之材料包含單一組成的半導體元素,如矽(Si)、鍺(Ge)(屬化學週期表上第四族元素)及多成分組成的半導體含二至三種元素,如鎵砷(GaAs)半導體是由第三族的鎵與第五族的砷所組成。在1950年代早期,鍺為主要半導體材料,但鍺製品在不甚高溫情況下,有高漏失電流現象。因此,1960年代起矽晶製品取代鍺成為半導體製造主要材料。半導體產業結構可區分為材料加工製造、晶圓之積體電路製造(waferfabrication)(中游)及晶圓切割、構裝(waferpackage)等三大類完整製造流程,如圖1.2所示。其中材料加工製造,是指從矽晶石原料提煉矽多晶體(polycrystallinesilicon)直到晶圓(wafer)產出,此為半導體之上游工業。此類矽晶片再經過研磨加工及多次磊晶爐(Epitaxialreactor)則可製成研磨晶圓成長成為磊晶晶圓,其用途更為特殊,且附加價值極高。其次晶圓之體積電路製造,則由上述各種規格晶圓,經由電路設計、光罩設計、蝕刻、擴散等製程,生產各種用途之晶圓,此為中游工業。而晶圓切割、構裝業係將製造完成的晶圓,切割成片狀的晶粒(dice),再經焊接、電鍍、包裝及測試後即為半導體成品。1.4半導體的分類半導體產品可大致劃分為三大類:分離式元件(Discret)、積體電路(IC)與光電元件(Optical)等,其中IC就佔了半導體近九成的比重,可謂半導體的重心所在。就目前國內的發展狀況,IC幾乎就等於是半導體的代名詞,無論就廠商的知名度或是產值的規模,IC都遙遙領先其他的光電元件或分離式元件。IC雖然屬於半導體家族中的一員,但經過四十餘年的努力,卻也衍生出成千成萬種不同用途的IC。為了便於討論,將依MonolithicIC其產品特性可概分為四大類,分別為微元件(Microcomponent)IC、記憶體(Memory)IC、邏輯(Logic)IC和類比(Analog)IC。1.5IC產品介紹IC產品可分為四個種類,這些產品可細分為許多子產品(如圖所示),分述如下:記憶體IC:顧名思義,記憶體IC是用來儲存資料的元件,通常用在電腦、電視遊樂器、電子詞典上。依照其資料的持久性(電源關閉後資料是否消失)可再分為揮發性、非揮發性記憶體;揮發性記憶體包括DRAM、SRAM,非揮發性記憶體則大致分為MaskROM、EPROM、EEPROM、FlashMemory四種。微元件IC:指有特殊的資料運算處理功能的元件;有三種主要產品:微處理器指微電子計算機中的運算元件,如電腦的CPU;微控制器是電腦中主機與界面中的控制系統,如音效卡、影視卡...等的控制元件;數位訊號處理IC可將類比訊號轉為數位訊號,通常用於語音及通訊系統。類比IC:低複雜性、應用面積大、整合性低、流通性高是此類產品的特色,通常用來作為語言及音樂IC、電源管理與處理的元件。邏輯IC:為了特殊資訊處理功能(不同於其它IC用在某些固定的範疇)而設計的IC,目前較常用在電子相機、3DGame、Multi-Communicator(如FAX-MODEN的功能模擬、筆式輸入的辨認)...等。1.6IC產業IC的製造可由上游至下游分為三種工業,一是與IC的製造有直接關係的工業、包括晶圓製造業、IC製造業、IC封裝業;二是輔助IC製造的工業,包括IC設計、光罩製造、IC測試、化學品、導線架工業;三是提供IC製造支援的產業,如設備、儀器、電腦輔助設計工具工業...等。根據ICE調查指出1994年,以產值的成長率來看,成長最快的產品是DRAM和FlashMemory,成長率各為69%及46%,這兩樣產品早在90年代初就被看好;直至今日,DRAM的市場已占去了IC業的77%;而FlashMemory更因其包含了所有記憶體有的特性(如下圖:記憶體IC產品功能屬性),在成本及交期能夠加以改善後,可望取代其他多項記憶體產品的市場,因此從92年至94年都以超過35%的比率成長著。二、半導體產業概況2.1前言全球半導體產業景氣歷經1991年至1995年的榮景,甚至在1995年出現42.3﹪之高度成長之後,受到DRAM市場持續低迷、PC及其他應用產品未能帶動另一波需求、以及亞洲金融風暴所減緩的市場需求,使得半導體產業景氣在1998年出現自1978年以來的第三次負成長,衰退幅度達11.4﹪。然而,Internet的普及與盛行、Windows2000的推出、3D影像的應用以及DVD的量產等,均將對半導體產業的復甦產生推波助瀾之效。配合日本以及亞洲各國經濟的復甦,預期半導體產業將自1999年正式觸底反轉。依據各國際機構對1999年半導體產業景氣的預估,大約呈現10﹪以上的正成長。隨著全球半導體市場將自1999年起復甦的預期,我國工研院電子所ITIS計畫亦預估1999年國內半導體產業值將有35.9﹪的正成長(見表一)。其中IC代工業及DRAM專業製造業受惠程度最大,預期其產值成長幅度亦最為可觀,分別可達45.4﹪及44.0﹪;至於落後IC製造及IC代工產業景氣復甦的IC封裝及測試業,亦有高達25.4﹪及35.9﹪的成長;反倒是IC設計產業,卻可能在晶圓代工價格上漲而成本增加、且新產品開發速度不夠快的情況下,成長幅度較產業平均值低,僅為18.8﹪表一1998年台灣半導體產業概況及1999年產值預測單位:億元新台幣產值\業別1998年產值1999年產值(F)成長率(F)產業產值2,8343,85135.9﹪設計業46957718.8﹪製造業1,6942,43944.0﹪代工業9381,36445.4﹪封裝/國資封裝業540/420677/59425.4﹪/41.4﹪測試業13117835.9﹪2.2IC設計業台灣是全球第二大IC設計國(以年產值計算),目前國內約有100多家IC設計公司,以產品區分為兩大類型公司:第一類是生產消費性電子晶片的IC設計公司,其產品毛利率普遍較高,但營業額往往隨著該項產品的流行與否而有較大幅度的變動。例如前幾年相當流行的電子雞,在該項產品流行退潮後,若無適當的產品替代,將造成業績的大幅衰退。因此業者多半同時開發數種產品以平衡營業額的高低起伏。第二類是PC相關晶片的IC設計公司,產品包括繪圖卡晶片、網路卡晶片、系統晶片組等,而台灣主機板產業產值居世界之冠,因此這類產品以系統晶片組最具規模。不過由於晶片組未來有整合繪圖晶片、音效卡、數據機及網路卡等功能於單一晶片的趨勢,因此該類產品整體市場反而有縮小的趨勢,對此類型廠商的經營是一大考驗。根據工研院電子所ITIS計畫的預測,1999年我國IC設計產業的產值可達577億元新台幣,成長率為18.8﹪,較98年的成長率20.4衰退。因此國內IC設計業者有必要加速產品開發速度或擴展產品線,以因應未來成長趨緩的窘境。2.3IC晶圓代工業依據工研院電子所ITIS計畫的統計,1998年台灣晶圓代工產業產值為938億元,佔台灣半導體產業總值的33.1﹪,而1999年預估產值為1,364億元,成長率為45.4﹪,成長速度居我半導體業之冠,佔總產值比重也將提升至35.4﹪。此外,就全球晶圓代工產業的角度來看,1998年我國晶圓代工產業產值佔全球晶圓代工產業產值的55.3﹪以上,預估1999年比重將提高至65.7﹪,實不愧為我國最具兢爭力的產業之一(表二)。表二全球晶圓代工產值與台灣市佔率年度\產值全球產值(億美元)台灣市佔率(﹪)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從供給面來看,IC晶圓代工之產能並無大幅增加之隱憂,由於12吋晶圓在1999年之後將成為新晶圓廠之標準,但受到亞洲金融風暴的影響,大多數日本及南韓廠商並無大幅資金可供籌設12吋晶圓廠。預計將等到2002年後才會設立。而12吋晶圓廠將由0.18微米製程切入,因此其設備成本將大幅提高,預期建廠成本將由8吋晶圓廠的10億美元,大幅增加至12吋晶圓廠的25~30億美元。如此不僅將使投資風險大幅擴大,更在無形中設立產業進入障礙,遏止無止盡的大幅擴廠。預計在產能擴充速度降至低點,加上建廠完工之時間落差性與新世代12吋晶圓廠替代性造成新增產能的空窗期下,配合因需求面的持續成長所帶動的半導體產業景氣復甦,將可確保晶圓代工產業景氣的加速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