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半导体行业报告:半导体制造五大难点(27页)

行业报告下载 2020-03-07 44 管理员

全球半导体硅片市场主要集中在几家大企业,行业集中度高,技术壁垒较高。 2018 前 5 大硅片厂商合计 95%市场份额,行业前五名企业的市场份额分别为: 日本信越化学市场份额 28%,日本 SUMCO 市场份额 25%,德国 Siltronic 市 场份额 14%,中国台湾环球晶圆市场份额为 14%,韩国 SKSiltron 市场份额占 比为 11%,法国 Soitec 为 4%。自从 1947 年贝尔实验室的第一个晶体管发明以来,20 世纪 50 年代是各种半 导体晶体管技术发展丰收的时期。 第一个晶体管用锗半导体材料。 第一个制造硅晶体管的是德州仪器公司。 随着 1959 年集成电路的发明,产业准备好用固体晶体管技术作为真空管的替 代品并且开发新的应用市场。新制造技术必须将 20 世纪 50 年代的实验室硅片 制造技术变成 60 年代的生产工艺。在 20 世纪 60 年代,半导体产业进入面向解决生产半导体集成电路基本问题的 时代。这是集成电路的开始以及小规模集成电路时代。半导体制造商激增。 此阶段,半导体制造商重点在工艺技术的改进,致力于提高集成电路性能以及 降低成本。由于半导体制造的工艺性涉及多个行业,专门从事供应的行业发展 起来以提供硅片制造需要的化学材料和设备。 众多高技术公司于 20 世纪 60 年代成立,: 1961 年仙童公司( Fairchild )的工程师成立了 Signetics 公司。 1968 年,罗伯特·诺伊思、戈登·摩尔和格罗夫离开仙童公司成立英特尔公司。 1969 年杰里·桑德斯和其他来自仙童公司的科学家成立 AMD。 20 世纪 70 年代——提升集成度 20 世纪 70 年代初期是芯片设计的中规模集成电路时期,制造工艺大部分是按 批次加工的手工操作。典型的硅片制造厂以 5%或 10%的成品率开始生产新产 品,并且经过努力可能提高到 30%。 在 20 世纪 70 年代初期,微处理器是德州仪器公司和英特尔公司发明的,随者 被市场应用广泛接受,产生了对更多芯片集成在一起的需求。大规模级的集成 电路仅存在了几年,就被超大规模集成电路迅速取代,超大规模集成电路是 20 世纪 70 年代末的集成标准。 迅速变化的半导体产业变成混沌状态硅片制造厂使用的许多设备和工艺是由多 家制造半导体器件的公司开发的,不具备工业标准。这样一来,造成了制造商 和供应商的低效率、亚洲出现了令人畏惧的竞争者,日本成为半导体变革和制 造的强国。在半导体领域,亚洲电子巨头挑战美国的统治地位。到 1979 年, 日 本已经获取世界存储器微芯片 40%以上的需求量。 随着更复杂芯片需求的增长,设备技术从 20 世纪 60 年代的手工设备变成可由 操作者控制以及单板固体控制器的按钮半自动操作。对于关键半导体设备,设 备供应商也遇到来自日本和亚洲的顽强竞争。

伴随着芯片的集成度越来越高、半导体制造的先进程度也逐渐提升。半导体产业包 含越来越多的机械、化工、软件、材料等其它领域,是集成了很多子系统的大系统。 同时,涉及如此众多产业的半导体产业,也推动经济发展。因为,半导体产品的性 能逐渐提升,而成本降低、价格下降。从而满足了市场对于高性能、低成本需求。在一颗芯片上集成的晶体管的数量,越来越多,从 20 世纪 60 年代至今,从 1 个 晶体管增加到 100 亿以上。电路集成度越高,挑战半导体制造工艺的能力,在可接 受的成本条件下改善工艺技术,以生产高级程度的大规模集成电路芯片。为达到此 目标,半导体产业已变成高度标准化的,大多数制造商使用相似的制造工艺和设备。 开发市场成功的关键是公司在合适的时间推出合适的产品的能力。减小到 2020 年的 5nm,减少了 99.5%。从此角度 看,集成电路制造的难度在逐渐提升,难度提升的加速度也在变大。构成半导体制造工序的最小单位的工艺技术就是单点技术,或者组件技术。集 成电路制造就是在硅片上执行一系列复杂的化学或者物理操作。 复杂电路的制造工序超过 500 道工序,500 道工序相当于 500 个单点技术,并 且,这些工序都是在精密仪器下进行,人类的肉眼是看不清楚的,给制造带来 很大的困难。以最典型的 CMOS 工艺为例,涉及到以下步骤。

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