乘風而起【再生晶圓】產業
2020.12.14(一)
大家早,我是 LEO
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■ 什麼是正片、檔片、控片?
矽晶圓片在晶圓廠的應用,可區分為:一:正片,就是直接用於半導體加工,包括拋光片、外延片等,二:用於監控測試的矽片,包括控片、檔片(測試晶圓片)。
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晶圓廠隨時需要對製造設備的性能進行監控測試,維持穩定,確保最終的產品的良率,如果直接使用正片測試,成本太高,所以廠商會使用較便宜的無圖形矽片,這些用於測試和維持穩定的無圖形矽片就是「控片和檔片」。
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■ 控片分成兩種
「離線測試」:在正式生產之前,先用控片測試,來看機台設備調校是否符合生產標準。「線上測試」:是指控片和真正的產品一起進入生產線,透過控片最後的效果來判斷這一批生產是否符合標準。兩種測都是用來監控機台的製程能力是否穩定、生產環境是否潔凈。
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■ 檔片
主要作用是維持機台的穩定性,在爐管中,擋片用於對爐管內的氣流進行阻擋分層,使爐管內溫度均勻分佈,使氣流中的氣體與被加工的矽晶圓片平均受熱,發生化學及物理反應,沉澱或生長均勻的高質量薄膜。
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隨著晶圓廠製程不斷演進,生產過程中良率與精準度的要求越來越高,幾乎每道製程都需要使用檔控片,用量與需求有擴大的趨勢,在晶圓代工廠65奈米製程,每10片正片,需要耗用6片檔控片,28奈米以下製程,每10片正片需要15-20片檔控片,由此可知耗用量相當驚人。
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■ 再生晶圓
檔控片的來源,除了從「矽晶圓晶棒」兩側取品質較差處使用,主要就是重複回收再利用的檔控片,因為消耗量實在太大,如果每次都使用全新正片,成本太高,於是就有了「再生晶圓」這個產業。
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把用過的檔控片回收,經過化學浸泡, 物理研磨等方法,將檔控片表面因測試而產生的氧化膜、金屬顆粒殘留等去除,使重新具備測試和穩定機台穩定性的功能。
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一般來說,檔片通過研磨拋光,可重複循環使用5次左右;控片則視製程而定, 有些特殊製程的控片完全無法回收使用。
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通常再生晶圓的製程都是使用化學品,將晶圓表面的各種膜層腐蝕掉,會使用多種不同的化學品,洗完以後再對矽晶圓表面進行研磨拋光等處理,並確保表面乾乾淨淨,達到可重複使用標準。
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■ 產業龍頭
日本株式会社RS Technologies(4955.JP) 在1984年就進入這個產業,再來是中砂(1560)1997年,昇陽半(8028)1998年,辛耘(3583)2006年才正式進入再生晶圓產業,展望未來5G、車用、物聯網,對晶片龐大的需求,12吋晶圓先進製程需求大增,大家想想檔片、控片用量有多大,全球目前有138座12吋晶圓代工廠,每個月都大約有4,000至5,000片無法用傳統方式再生檔控片,整體市場規模龐大,更不用說聯電8吋晶圓代工供不應求,製程中會耗用多少檔控片!再生晶圓產業商機龐大!
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原本從事特殊氣體的晶呈科技(4768.興櫃)在今年2020年第四季開始跨入量產12吋再生晶圓,獨家專利氣態分解溶蝕技術,利用氣體分子更小,效果更強的特性,材料用量,僅傳統濕式化學品的百分之一,成本更低、更環保。
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■ 這幾家就壟斷市場
以2019年12吋再生晶圓市場來看,日本RS全球龍頭,每月產能40萬片,占全球33%,另外兩家日本公司,Hamada Heavy與Mimasu約占30%,中砂、辛耘、昇陽半約占30%,晶呈科技才剛剛起步,2020年第四季起月產能3萬片。
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以2019年資料來看,台灣月產能約60萬片,昇陽半月產能24萬片,台灣市場佔有率約40%;中砂月產能18萬片,市場佔有率約 30%;辛耘市場佔有率約20%左右。
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■ 商機龐大&正在漲價
根據SEMI的預測2021年全球8吋、12吋矽晶圓的市場需求將分別達到650萬片/月和680萬片/月,按照再生晶圓需求比例計算,2021年全球再生晶圓市場需求有望超過200萬片/月。
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目前12英寸的矽晶圓為每片100-120美元,再生晶圓每片30-40美元。隨著矽晶圓價格上漲,再生晶圓價格也呈現上漲趨勢。
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■ 台積電的好夥伴
昇陽半雖然成立時間晚,但市占率最高,主要客戶是台積電,除了做再生晶圓以外,晶圓薄化(降低導通電阻),還有旗下持股71.51%的昇陽電池,研發鋰鐵電池100%台灣製造鋰電池芯與電池組,可應用於太陽能、風電發電,再生能源儲能系統,與台積電目前正在更換不斷電系統電池,用友善環境的「鋰鐵電池」全面取代鉛酸電池,預計2030年前將全面更換完畢。
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未來隨著AI、5G、自駕車、電動車…的發展, 下游晶片需求強勁,晶圓廠滿載供不應求,全球正在擴產12吋半導體廠,再生晶圓的市場一定只會越來越大,就看誰能搶到最多市占,抓住最多商機。
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薄膜電阻製程 在 台灣物聯網實驗室 IOT Labs Facebook 的最佳貼文
國研院發表智慧型氣體感測晶片
2016-07-22 17:06:00 經濟日報 曹松清
2014年7月31日晚間,高雄發生丙烯氣爆意外,造成32人死亡、321人受傷,多條重要道路嚴重損壞。如果爆炸現場附近有夠多的氣體感測器,第一時間測知具高危險性的揮發性有機物大量外洩,也許就可以阻止慘劇發生。
目前市面上的氣體感測器,體積都很大,只能安裝在固定位置,或是手持偵測。在高雄氣爆發生後,國家實驗研究院奈米元件實驗室開始研究可以直接安裝在智慧型手機或手錶中的「智慧型氣體感測晶片」,與固定式環境感測器互補,讓人人皆可隨身攜帶,大幅提高感測範圍,加強保障生命財產安全。經過近兩年的努力,目前已經領先全球,開發出揮發性有機化合物、一氧化碳、二氧化碳、甲醛等四種氣體的感測晶片。
現有氣體感測器產品功能不足
根據國際數據資訊公司(IDC)研究估計,全球物聯網(Internet of things, IoT)市場規模在2020年將可達1.7兆美元,而穿戴式及攜帶式產品是其中很重要的產品。在穿戴式及攜帶式產品上安裝的感測器中,用於呼吸分析(如酒測)與空氣污染用的氣體感測器,則被預測為最有可能的應用之一。法國市調機構Yole Development預估,2021年氣體感測器的使用量會從2014年的120萬個,增加到3億5000萬個,成長約300倍,產值將超過20億美元。
為準確偵測氣體流量與種類,目前市面上的氣體感測器體積都偏大。近幾年出現的半導體氣體感測器雛形,大小雖可縮小到1公分以下,但對於攜帶式(如智慧型手機)或穿戴式(如智慧型手錶)產品而言,仍嫌太大,且無法和智慧型手機或手錶的晶片整合,又有耗電量大、無法精準辨識氣體的缺點。
國研院開發「智慧型氣體感測晶片」 人人皆可隨身攜帶
國家實驗研究院奈米元件實驗室運用過去累積的微機電製程經驗,與光寶科技光機電整合技術合作,花費近2年時間,開發出可應用於環境的物聯網晶片「智慧型氣體感測晶片」。
「智慧型氣體感測晶片」是以「金屬氧化物半導體材料」作為氣體感測薄膜,透過不同金屬氧化物與氣體在特定高溫下的氧化反應及還原反應,藉由感測薄膜與電子之間的抓放過程,改變薄膜的電阻,以偵測氣體種類與濃度。
「智慧型氣體感測晶片」有兩大技術特點:一、運用獨特的奈米粒子和奈米孔洞技術製作感測薄膜,不但可增加表面積,提高反應靈敏度;亦可藉由不同金屬奈米粒子的特性,感測特定氣體而提高專一辨識能力。二、開發出特殊之「低應力介電層」,可以提升隔熱效果,將感測薄膜所需之250℃高溫侷限於極小範圍內,如此可以縮減晶片體積,而不致讓此高溫對不耐高溫之部分造成損壞。
藉由這兩項技術特點,國研院奈米元件 實驗室開發出體積僅3毫米x2.35毫米x1毫米的「智慧型氣體感測晶片」,具有微型化、低耗能、可整合於智慧型手機或手錶、可精準辨識氣體等優點,讓「人人隨身攜帶氣體感測器」成為可能。
避免高雄氣爆事件再度發生 推動國內感測技術發展
國研院奈米元件實驗室已創全球業界之先,成功製作出可直接安裝於智慧型手機的氣體感測晶片。如此一來,即可從現有針對空間環境進行偵測的技術,進化至以「人」為中心的環境監測模式。若未來所有氣體感測器的資料均即時上傳雲端,政府相關單位可即時監測各地環境品質,萬一又發生了像丙烯這種揮發性有機化合物的外洩事件,警消或環保單位即可提早警覺、立即處理,也許就可以避免類似高雄氣爆的事件再度發生,或至少可大幅降低傷亡人數。
近年來個人物聯網或穿戴式裝置使用的各式感測器,已逐漸應用於消費性電子、智慧住宅、保全監控、健康照護、交通運輸、百貨零售,以及警急救難等領域。國研院奈米元件實驗室已成功開發出一氧化碳、二氧化碳、甲醛及揮發性有機化合物的「智慧型氣體感測晶片」,未來除持續開發更多類型的氣體感測晶片外,並將進一步推進到工業級及人體照護級的複合式氣體感測需求。
國研院奈米元件實驗室並將建置一開放式製程技術服務平台,讓國內產學研究團隊可以進行物聯網晶片所需之系統整合工作,以繼續協助推動國內物聯網穿戴式產品與生產力4.0所需之感測技術發展。
附圖:
資料來源:http://money.udn.com/money/story/7369/1838908
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