晶圆级半导体特种气体市场概况.doc

2008晶圆级半导体特种气体市场概况 一、简介 晶圆级半导体特种气体依照其供应方式不同，一般分为两大类： 1、大宗气体：可现场制气或使用大型运输工具来供应，如N2、O2、Ar、H2、He等。 2、特殊气体：一般使用较小型钢瓶供应，依照其制程用途之不同可再分为下列几类： (1)Si族气体：含硅基之硅烷类，如硅甲烷、硅烷、三氯硅烷、乙硅烷等。 (2)掺杂气体：含Be、P、As等三族及五族原子之气体，如BCl3、PH3、AsH3等。 (3)蚀刻气体：以含卤素之卤化物及卤碳化合物为主，如Cl2、NF3、HBr、CF4、C2F6等。 (4)反应气体：以碳系及氮系氢、氧化物为主，如CO2、NH3、N2O等。 (5)金属气相沈积气体：含卤化金属及有机烷类金属，如WF6、(CH3)3Al等。 (6)清洗气体：大多以含氟化合物(PFC)气体为主，如NF3、CF4、C2F6等用来清洗CVD的反应腔。 大宗气体大多当作载气(carrier gas)或是当作净化气体(purge gas)之用，使用时会依纯度(即混合气体的规格)，以钢瓶填装或现场制造再以管线输送(piping)至使用点，这其中氮气约占9成左右的使用量。 如从半导体制程来了解气体的应用，则薄膜制程会是相当大宗的使用部分，薄膜制程依照其成长方式之不同，可分金属化溅镀薄膜、CVD薄膜、磊晶，金属化溅镀(物理气相沈积)主要应用在金属层成长，如铝、铜等，其原理是利用氩气电浆轰击金属靶材产生动量转换，将金属靶材表面之原子溅击出来，并吸附在硅芯片表层，溅镀使用的氩气纯度要求很高，若含有较多O2、N2及H2杂质，会增加金属层之电阻性，并产生硬化、空隙等缺陷，会影响到制程良率。 化学气相沉积薄膜(CVD)是经由高温气体分解后，将单种或多种气相分子沈积在固相基板的半导体薄膜制程，依其成长材料不同，可分为：(1)硅晶体/硅化物、(2)介电材料、(3)导体材料、(4)高介电常数(High k)材料。硅烷类气体(如SiH4)及碳系、氮系反应气体(如CO2、NH3、N2O)，多用于硅晶体(单晶硅或多晶硅)和介电材料的薄膜制程；金属气相沈积气体如卤化金属及有机烷类金属，则多用于导体材料(如导线金属Cu、W、阻隔金属TiN)之薄膜制程。 另外蚀刻制程也会利用气体卤化物或卤碳化合物，进行等方向性或非等方向性之蚀刻，以去除未被光阻层覆盖部分之底材，扩散掺杂制程主要是要改变硅晶圆的电气性质，会用扩散或离子布植两种方法，将含硼、磷、砷等三族及五族原子之气体(如BCl3、PH3、AsH3等)，以氢化物状态渗入，或以高能量植入四价的硅基板内，来控制其导电型态(N型或P型)。 二、市场概况 2001年由于全球半导体不景气，因此IC用高纯度气体市场规模，估计较前一年衰退将近10%，达17.8亿美元，未来由于IC组件朝细线化、高性能发展，加上III-V族砷化镓晶圆应用在光电、微波电路日益增多，而且特殊气体因有部份是属于高毒性危险气体(例如：砷、磷类)，价格应不至于有太大幅度变化，所以成长幅度还能维持在一定水平以上。 表一 全球IC用高纯度气体市场预测 单位：百万美元 1999 2000 2001 2002 2003 2004 复合年成长率 大宗气体 846 930 802 828 838 854 0.2% 特殊气体 890 1,037 978 1,086 1,196 1,399 9.5% 资料来源：The Information Network（2001/12）；IEK整理 高纯度气体因为种类繁多、质量要求严格，生产、充填、运送、储存都有技术及安全的考虑，再加上经济规模等因素，都使得这产业成为寡占市场，像Air Product一家便占了将近一半的市场(参考图一)，至于排名在后的法液空、英国氧气公司及普来克斯，则实力都在伯仲之间。 资料来源：The Information Network（2001/12）；IEK整理 图一 2000年全球IC用高纯度气体市场占有率分布 三、产业动态 也由于前两年半导体景气的大幅衰退，使得IC化学品及气体生产厂商，纷纷寻求降低成本、增强自身竞争力的生存之道，就高纯度气体厂而言，其中加强化学管理服务(chemical management services, CMS)能力及与湿制程化学品厂商策略联盟，便是最常采取的策略，例如：Matheson与Arch结盟、Air Products购并Solkatronic、Praxair也与湿制程化学品供货商-Merck策略联盟、Air Liquide也与Arch有合作协议，Air Product则是与管线及设备供货商-Kinetics Group(为US Filter之子公司)，成立50/50的JV公司-TRiMEGA，BOC也不甘示弱，购并Edward