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1
シリコン産業の現状と課題
非鉄金属課
2
1.半導体の世界市場 販売額動向(地域別、製品別)、売上げランキング
2.生産動向 需要予測、ウエーハの生産推移、平均単価推移
300mm生産能力、日本での生産推移、設備投資額、開発費
3.需要動向 世界需要予測
4.貿易動向 シリコンウエーハ輸出量推移
5.企業構造 会社規模、主要事業所と製品品目、海外事業所、事業再編
6.技術動向 シリコンウエーハのロードマップ、大口径化推移、学会発表件数
公開特許提出状況、シリコン研究を行っている大学、研究機関
研究内容、国支援プロジェクト、SOIウエーハ
7.原材料調達の動向 サプライ・チェーン、金属シリコン需給実績、金属シリコン輸入実績
多結晶シリコンの生産量、ランキング、日本の高純度シリコン生産量、輸入量
8.我が国シリコン産業 強み、弱み分析の特徴
(太陽電池関連資料) 太陽電池関連特許、技術課題、太陽電池設置容量計画
エネルギー試算値(2030年)
目 次
3
Europe21%
Japan22%
America32%
AsiaPacific25%
・2005年は世界市場規模は2、271億ドル。過去最高の見込み
・2004年から2007年までの世界市場の平均成長率は+8.4%それに対して、日本の成長率は約半分の+4.5%
・アジア太平洋地域での伸びが著しい
(1)半導体の世界市場
・半導体販売額動向<地域別>
・2005年は世界市場規模は2、271億ドル。過去最高の見込み
・2004年から2007年までの世界市場の平均成長率は+8.4%それに対して、日本の成長率は約半分の+4.5%
・アジア太平洋地域での伸びが著しい
0
50,000
100,000
150,000
200,000
250,000
300,000
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
百万
ドル
AsiaPacific
Japan
Europe
America
Japan21%
Europe19%
America18%
AsiaPacific42%
2000年シェアー
2004年シェアー
出典:WSTS日本協議会
4
・半導体企業の売上ランキング
(1)半導体の世界市場
出典:野村総研
・日本企業の地盤沈下が著しい。1992年トップ10に6社だったが、2005年では3社のみ
・韓国(Samsung)の進出が著しい
・日本企業の地盤沈下が著しい。1992年トップ10に6社だったが、2005年では3社のみ
・韓国(Samsung)の進出が著しい
年度
順位
1 TI 日本電気 Intel Intel Intel Intel Intel Intel Intel Intel Intel
2 Motorola 東芝 日本電気 日本電気 日本電気 東芝 東芝 Samsung Samsung Samsung Samsung
3 Philips 日立製作所 東芝 Motorola 東芝 日本電気ST Micro
Electronics東芝
ルネサステクノロジ TI TI
4 日本電気 Motorola Motorola 東芝 Samsung Samsung SamsungST Micro
Electronics TI Infineon 東芝
5 NSC TI 日立製作所 TI TI TI TI TI 東芝ルネサステクノロジ
ST MicroElectronics
6 東京芝浦電気 NSC TI Samsung MotorolaST Micro
Electronics日本電気
NECエレクトロニクス
ST MicroElectronics
東芝 Infineon
7 日立製作所 富士通 富士通 日立製作所 日立製作所 Motorola Motorola Infineon InfineonST Micro
Electronicsルネサステクノロジ
8 Intel Philips 三菱電機 Philips Infineon 日立製作所 日立製作所 MotorolaNEC
エレクトロニクスNEC
エレクトロニクス Philips
9 Fear-Child 松下電器産業 PhilipsST Micro
ElectronicsST Micro
Electronics Infineon Philips PhilipsFreescaleSemicond
FreescaleSemicond AMD
10 Siemens 三菱電機 松下電器産業 Infineon PhilipsMicron
Technology Infineon 日立製作所 Philips PhilipsNEC
エレクトロニクス
: 日本 : 米国 : 欧州 : 韓国
2003 2004 20051999 2000 2001 20021980 1986 1992 1998
5
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
百万
平方
イン
チ
ノンポリッシュウエーハ
エピウエーハ
鏡面ウエーハ
出典:SEMI統計
予想
・2000年ITバブル崩壊後、40億平方インチまで落ち込んだ生産は、パソコン、携帯電話の伸張に伴い、成長を続け、2004年は2000年の生産量を越えた
・2005ー2007年の3年間は2-6%の1ケタの成長に留まる見込みであるが、2008年は81億9200平方インチと2ケタの伸びを予想
・2006年までに総出荷量の25%を300mmが占める見通し
(2)生産動向
・世界のシリコンウエーハの生産推移<総面積>
・2000年ITバブル崩壊後、40億平方インチまで落ち込んだ生産は、パソコン、携帯電話の伸張に伴い、成長を続け、2004年は2000年の生産量を越えた
・2005ー2007年の3年間は2-6%の1ケタの成長に留まる見込みであるが、2008年は81億9200平方インチと2ケタの伸びを予想
・2006年までに総出荷量の25%を300mmが占める見通し
6
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
万枚
/年
・ITバブル崩壊後の2001年からは、150mm、200mmとも増加、150mm以下は漸減傾向。
・300mmは2001年に立ち上がり、急激に増加。2005年には100万枚/月を達成。国内各社は更なる増産を計画しており、2007年度末200万枚超か。
・世界のシリコンウエーハの生産推移<直径別>
・ITバブル崩壊後の2001年からは、150mm、200mmとも増加、150mm以下は漸減傾向。
・300mmは2001年に立ち上がり、急激に増加。2005年には100万枚/月を達成。国内各社は更なる増産を計画しており、2007年度末200万枚超か。
出典:工業レアメタル、SEMI資料
(2)生産動向
<150mm
300mm
200mm
150mm
7
・世界のシリコンウエーハの生産推移<販売金額と平均単価>
・販売金額は2002年,2003年は1ケタ成長であったが、2004年は73億ドルを越え2ケタ成長
・単純平均単価でみると、ウエーハ価格は2004年は1.17$/sq-inchで前年(1.14$/sq-inch)比2.6%上昇した。300mmウエーハが平均単価アップに貢献
・販売金額は2002年,2003年は1ケタ成長であったが、2004年は73億ドルを越え2ケタ成長
・単純平均単価でみると、ウエーハ価格は2004年は1.17$/sq-inchで前年(1.14$/sq-inch)比2.6%上昇した。300mmウエーハが平均単価アップに貢献
出典:SEMI統計0
10
20
30
40
50
60
70
80
2001 2002 2003 2004
販売
金額
(億
ドル
)
1.05
1.1
1.15
1.2
1.25
1.3
1.35
単純
平均
単価
(ド
ル/平
方イ
ンチ
)
(2)生産動向
8
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
2002 2003 2004 2005 2006 2007
万枚
/月
LGシルトロン
東芝セラミックス
コマツ電子金属
シルトロニック
MEMC
SUMCO
信越半導体
・世界のシリコンウエーハの生産推移
<300mmウエーハ生産能力推定>
・量産化が本格化した2002年以降、毎年30%を越える成長率で伸びている
・2007年には200万枚/月を超える能力を保有する見込み
・量産化が本格化した2002年以降、毎年30%を越える成長率で伸びている
・2007年には200万枚/月を超える能力を保有する見込み
出典:工業レアメタル
(2)生産動向
9
0
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400
1,600
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
百万
平方
イン
チ
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
億円
300
200
<150
販売金額
・日本国内でのシリコンウエーハの生産推移
・2004年は前年に対して、ウエーハ全体で30%生産量が増加。特に300mmが倍増200mmも18%増えている
・販売額は2000年ピーク時よりも520億円増+12%の4、765億円まで回復した
・2004年は前年に対して、ウエーハ全体で30%生産量が増加。特に300mmが倍増200mmも18%増えている
・販売額は2000年ピーク時よりも520億円増+12%の4、765億円まで回復した
出典:経済産業省、鉄鋼・非鉄金属・金属製品統計
(2)生産動向
10
・日本国内でのシリコンウエーハの生産動向<設備投資額、研究開発費>
・設備投資額は300mmの増産のためか、従来売上高比11ー12%であったが、この2-3年は17%を越えている
・研究開発費はここ数年4-6%で推移しているが、2000年ITバブル崩壊後は、年々減少している。2004年は300mm技術、200mm高精度化等の開発で2003年に比べ、若干増加している
・設備投資額は300mmの増産のためか、従来売上高比11ー12%であったが、この2-3年は17%を越えている
・研究開発費はここ数年4-6%で推移しているが、2000年ITバブル崩壊後は、年々減少している。2004年は300mm技術、200mm高精度化等の開発で2003年に比べ、若干増加している
出典:新金属工業
(単位:百万円)年度 売上高(Ⅰ) 前年比 設備投資額(Ⅱ) 前年比 Ⅱ/Ⅰ 研究開発費(Ⅲ) Ⅲ/Ⅰ 前年比1998 624,769 168,443 27.0% 41,574 6.7%1999 644,492 103 72,499 43 11.2% 37,293 5.8% 902000 790,047 123 91,811 127 11.6% 35,318 4.5% 952001 589,359 75 94,403 103 16.0% 35,412 6.0% 1002002 657,034 111 81,037 86 12.3% 33,971 5.2% 962003 681,212 104 120,798 149 17.7% 28,522 4.2% 842004 779,856 114 151,115 125 19.4% 29,417 3.8% 103
(2)生産動向
11
・世界シリコンウエーハ需要予測
・2002年から2008年における年平均成長率は9%と予想される・2002年から2008年における年平均成長率は9%と予想される
出典:新金属工業
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
百万
平方
イン
チ
予測
(3)需要動向
12
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
単結
晶輸
出量
(to
n)
0
10
20
30
40
50
60
輸出
比率
(%
)
輸出量
輸出比率
・輸出比率が2004年にはじめて50%を越えた
・海外(台湾、韓国etc)での需要が、国内需要を追い越したことになる
(4)貿易動向
・シリコンウエーハの輸出量推移(単結晶輸出量)
・輸出比率が2004年にはじめて50%を越えた
・海外(台湾、韓国etc)での需要が、国内需要を追い越したことになる
出典:新金属協会シリコン部会
13
(5)企業構造
・シリコンウエーハメーカーの会社規模
・信越、SUMCOで全世界のシェアー50%を越えている
・国内他2社(コマツ。東セラ)のシェアーは、合わせて13%程度
・信越、SUMCOで全世界のシェアー50%を越えている
・国内他2社(コマツ。東セラ)のシェアーは、合わせて13%程度
出典:企業情報、レアメタル・ニュース
国内/海外 メーカー 資本金2004年売上高(億円)
従業員数2003年シェアー
国内 信越半導体(日) 100 2,504 1,450 30.1 %
国内 SUMCO(日) 585 1,931 3,339 22.4 %
海外 シルトロニック(独) 14.4 %
国内 (シルトロニック・ジャパン) 157 225 620
海外 MEMC(米) 12.9 %
国内 (エム・イー・エム・シー) 75 170 550
国内 コマツ電子金属(日) 116 749 2,002 8.9 %
国内 東芝セラミックス(日) 187 370 2,514(全社) 4.3 %
海外 LG-Siltronic(韓) 4.2 %
14
・国内シリコン生産主要事業所と製品品目
出典:新金属ハンドブック
多結晶 FZ単結晶 CZ結晶ウエーハ
加工エピ・SOI
DW・その他
信越半導体 磯部 ○武生 ○犀潟 ○白河 ○ ○ ○
SUMCO 尼崎 ○佐賀 ○ ○ ○
伊万里 ○ ○野田 ○ ○生野 ○ ○米沢 ○ ○千歳 ○
コマツ電子金属 平塚 ○ ○ ○宮崎 ○長崎 ○ ○ ○
東芝セラミックス 小国 ○ ○シルトロニック・ジャパン 光 ○ ○エム・イー・エム・シー 宇都宮 ○ ○トクヤマ 徳山 ○三菱マテリアルポリシリコン 四日市 ○住友チタニウム 尼崎 ○
製 造 品 目
事業所会社名
(5)企業構造
15
・日本メーカーの海外事業所
出典:企業情報
・信越、SUMCOは既に海外展開をしていたが、ここに来て、コマツが台湾に、東セラが韓国に事業所を設立している
・信越、SUMCOは既に海外展開をしていたが、ここに来て、コマツが台湾に、東セラが韓国に事業所を設立している
(5)企業構造
会社名 海外事業所 所在地 製品
信越半導体 ・S.E.H America Inc. 米国、 ワシントン州 CZ単結晶、ウエーハ加工
・S.E.H Europe Ltd. 英国、 リビングストン CZ単結晶、ウエーハ加工
・S.E.H (Shah Alam) Sdn. Bhd. マレーシア ウエーハ加工
・S.E.H Malaysia Sdn. Bhd. マレーシア ウエーハ加工
・S.E.H Taiwan Co., Ltd. 台湾 ウエーハ加工
SUMCO ・SUMCO Phoenix Corporation 米国、 アリゾナ州 CZ単結晶、ウエーハ加工
・SUMCO Southwest Corporation 米国、 アリゾナ州 CZ単結晶、ウエーハ加工
・SUMCO France S.A.S. フランス エピ
・PT SUMCO Indonesia インドネシア ウエーハ加工
コマツ電子金属 ・Formosa Komatsu Silicon 台湾 CZ単結晶、ウエーハ加工
Corporation
東芝セラミックス ・Tocera Korea Ltd, 韓国 石英ガラス製品
16
・国内の事業再編・合従連衡
(5)企業構造
・1997年には9社あったが、2005年には6社・1997年には9社あったが、2005年には6社
1998 2000 2001 2002 2005
住友金属シチックス事業部
SUMCO
シルトロニック・ジャパン
Wacker
MEMC
合弁会社Wacker-NSC
設立
事業統合SUMCO設立
東芝セラミックス 東芝セラミックス
昭和電工 撤退
メイン株主変更
信越半導体
コマツ電子金属
MEMC
信越半導体
三菱マテリアルシリコン
コマツ電子金属
ニッテツ電子
17
・はじめに
・大口径化の推移
・ロードマップ
・学会における発表内容、件数
・シリコンウエーハ関連特許の出願状況
・シリコンウエーハの技術課題
・シリコン研究を行っている大学、研究機関
・国の支援プロジェクト
(6)技術動向
18
・半導体産業は半導体デバイスとその応用分野の拡大とともに、目覚しい発展を遂げてきた。その基板材料であるシリコンウエーハは、LSIの高集積化、高密度化が進むにつれて大口径化されてきた。今日までのシリコンウエーハの大口径化の推移と今後の予想図を以下に示す。300mmが量産化に入った今、次の目標である450mmは2015年と予想されているが、もっと早くなると予想するデバイスメーカーもある。
・300mmウエーハについては、半導体製造業界、装置業界、材料業界が一体となった世界的な標準化活動が進められ、ウエーハ口径、厚み、キャリアーの間隔等の標準がつくられた。
・材料からデバイスプロセスにわたる半導体関連の技術動向(ロードマップ)は、この300mm標準化活動と連動し、グローバルな検討がSEMIを中心に進められ、ITRS(International Technology Roadmap)として纏められている。
・シリコンウエーハのロードマップを次表に示すが、ウエーハの大口径化とともに、酸素コントロール、結晶品質の向上、ウエーハ表面の不純物低減、平坦度の向上などの品質向上が求められている。
・半導体産業は半導体デバイスとその応用分野の拡大とともに、目覚しい発展を遂げてきた。その基板材料であるシリコンウエーハは、LSIの高集積化、高密度化が進むにつれて大口径化されてきた。今日までのシリコンウエーハの大口径化の推移と今後の予想図を以下に示す。300mmが量産化に入った今、次の目標である450mmは2015年と予想されているが、もっと早くなると予想するデバイスメーカーもある。
・300mmウエーハについては、半導体製造業界、装置業界、材料業界が一体となった世界的な標準化活動が進められ、ウエーハ口径、厚み、キャリアーの間隔等の標準がつくられた。
・材料からデバイスプロセスにわたる半導体関連の技術動向(ロードマップ)は、この300mm標準化活動と連動し、グローバルな検討がSEMIを中心に進められ、ITRS(International Technology Roadmap)として纏められている。
・シリコンウエーハのロードマップを次表に示すが、ウエーハの大口径化とともに、酸素コントロール、結晶品質の向上、ウエーハ表面の不純物低減、平坦度の向上などの品質向上が求められている。
(6)技術動向
・はじめに
19
(6)技術動向
・大口径化の推移 出典:VLSI Research, SEMATECH,I300I
20
・ロードマップ 出典: SEMATECH
(6)技術動向
: Manufactuable Solusions Known : Manufactuable Solusions Unknown
Year of ProductionDRAM 1/2 Pitch (nm) (contacted)MPU/ASIC Metal 1 (M1) 1/2 Pitch (nm) (contacted) MPU Physical Gate Length (nm)
DRAM Total Chip Area (mm2)DRAM Active Transistor Area (mm2)MPU High-Performance Total Chip Area (mm2)MPU High-Performance Total Chip Area (mm2)Active Transistor Area (mm2)
Maximum Substrate Diameter (mm) - High Volume Production ( >20K wafer starts per month)Edge exclusion (mm) 2 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Front surface particle size (nm), latex sphere equivalent [D] [E] ≥90 ≥90 ≥65 ≥65 ≥65 ≥45 ≥45
Particles (cm-2) ≤0.17 ≤0.17 ≤0.16 ≤0.17 ≤0.17 ≤0.17 ≤0.17
Particles (#/wafer) ≤116 ≤120 ≤113 ≤115 ≤115 ≤265 ≤271
Site flatness (nm), SFQR 26mm x 8mm site size [F,R] ≤70 ≤57 ≤50 ≤45 ≤40 ≤35 ≤32
Nanotopography, p-v, 2mm diameter analysis area [Q] ≤18 ≤14 ≤13 ≤11 ≤10 ≤9 ≤8
Oxidation stacking faults (OSF)(DRAM)(cm-2) [G] ≤1.15 ≤0.85 ≤0.71 ≤0.81 ≤0.52 ≤0.43 ≤0.37
Oxidation stacking faults (OSF)(MPU)(cm-2) [G] ≤0.32 ≤0.23 ≤0.19 ≤0.16 ≤0.14 ≤0.12 ≤0.10
Large structural epi defects (DRAM)(cm-2) [J] ≤0.007 ≤0.014 ≤0.009 ≤0.011 ≤0.014 ≤0.009 ≤0.011
Large structural epi defects (MPU)(cm-2) [J] ≤0.005 ≤0.004 ≤0.005 ≤0.003 ≤0.004 ≤0.005 ≤0.003
Small structural epi defects (DRAM)(cm-2) [K] ≤0.014 ≤0.027 ≤0.017 ≤0.022 ≤0.027 ≤0.017 ≤0.022
Small structural epi defects (MPU)(cm-2) [K] ≤0.010 ≤0.008 ≤0.010 ≤0.006 ≤0.008 ≤0.010 ≤0.006
Edge exclusion (mm) 2 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Starting silicon layer thickness(Partially Depleted)(tolerance±5%, 3б)(nm)[L]Starting silicon layer thickness(Fully Depleted)(tolerance±5%、3б)(nm)[M]Buried oxide (BOX) thickness(Fully Depleted)(tolerance±5%、3б)(nm)[N]DLASOI, Large area SOI water defects (DRAM) (cm-2)[O] ≤0.007 ≤0.014 ≤0.009 ≤0.011 ≤0.014 ≤0.014 ≤0.012DLASOI, Large area SOI water defects (MPU) (cm-2)[O] ≤0.005 ≤0.004 ≤0.005 ≤0.003 ≤0.004 ≤0.004 ≤0.003DSASOI, Small area SOI wafer defects (DRAM)(cm-2) [P]
≤0.139 ≤0.218 ≤0.138 ≤0.173 ≤0.218 ≤0.139 ≤0.173DSASOI, Small area SOI wafer fefects (MPU)(cm-2)[P] ≤0.252 ≤0.200 ≤0.252 ≤0.159 ≤0.200 ≤0.252 ≤0.159
201045
18
93
29.1
310
31.7
Silicon-On-Insulator Wafer* (99% Chip Yield) [R]
37-6553-91 44-76
30-50
200950
20
300
117
36.4
195
20
16-30
42-70 34-56
19-34
36.2 23.1
195 246
2006 2008
300 300
70 57
28 23
139 74
13
93
29.1
310
3278 59 52 32
2012 201336
14
117
36
195
3616
74
45 4040
2011
Total Allowable Front Surface Defect Density is The sum of Epitaxial Large Structural Defects, Small Structural Defects and Particles(see General charac
General Characteristics * (99% Chip Yield) [A,B,C]
Epitaxial Wafer * (99% Chip Yield)
246
23.1
25.1
300
Polished Wafer * (99% Chip Yield)
20 25.1 31.7
34-60
The LLS requirement is specified for particles only; discrimination between particles and COPs is required (see General Characteristics) [D,E]
20
29-4240-70
15-29 15-28 13-15
31-45
13-15
24-4026-44
14-27
22-36 18-32
300 450 450
21
0
20
40
60
80
100
120
140
160
SEH
SUM
CO
KEM
Siltr
onic
s
東セ
ラ
MEM
C
大学
テバ
イ゙スメー
カー
その
他
件数
(件
)
03春
03秋
04春
04秋
05春
出典 : 応用物理学会講演大会予稿集
(6)技術動向
・大学、デバイスメーカーからの発表が大半を占める
・シリコンメーカーとの共研もあるが、件数は少ない
・大学、デバイスメーカーからの発表が大半を占める
・シリコンメーカーとの共研もあるが、件数は少ない
・応用物理学会におけるメーカー、大学別発表件数
22
結晶育成
欠陥・ゲッタリング
加工洗浄汚染
アニール
エピ
SOI評価分析
歪Si
その他
出典 : 応用物理学会講演大会予稿集
・評価分析、歪Si、SOI技術に関する発表が多く、全体のほほ半分。SOIに関する報告が減少傾向
・結晶、欠陥、加工、エピは毎季コンスタントに発表されている
(6)技術動向
・評価分析、歪Si、SOI技術に関する発表が多く、全体のほほ半分。SOIに関する報告が減少傾向
・結晶、欠陥、加工、エピは毎季コンスタントに発表されている
0
10
20
30
40
50
60
70
結晶
育成
欠陥
・ケッ゙タ
リング
加工
洗浄
汚染
アニ
ール
エピ
SO
I
評価
分析
歪Si
その
他
件数
(件)
03春
03秋
04春
04秋
05春
・応用物理学会における課題分野別発表件数
03春ー05春全件数の分野別割合
23
・学会報告から見た技術課題
○ Si結晶点欠陥制御技術
○ 新洗浄技術
○ 窒素添加シリコン基板評価
○ SOI基板評価技術
○ 歪Si構造評価
(6)技術動向
・学会講演予稿集から、下記の技術項目に関心が集まっている
・シリコンの品質向上、新製品開発、機能向上関連技術が中心
・学会講演予稿集から、下記の技術項目に関心が集まっている
・シリコンの品質向上、新製品開発、機能向上関連技術が中心
24
・公開特許提出件数
(6)技術動向
・提出件数は国内各社合計で400-500件/年
・結晶、加工、エピのウエーハ製造主工程に関して、コンスタントに提出
・2005年は太陽電池関連特許が増加
・提出件数は国内各社合計で400-500件/年
・結晶、加工、エピのウエーハ製造主工程に関して、コンスタントに提出
・2005年は太陽電池関連特許が増加
0
20
40
60
80
100
120
140
160
2001 2002 2003 2004 2005
件数
(件
)
0
100
200
300
400
500
600
合計
件数
(件
数)
結晶技術
加工技術
エピ/熱処理
SOI
評価/分析技術
太陽電池
合計
出典 : 公開特許、実用新案DB
25
・特許提出内容から見た技術課題
○ 単結晶製造方法
○ ウエーハの研磨、洗浄方法および装置
○ シリコンウエーハの評価方法
○ エピ/熱処理ウエーハの製造方法
○ SOIウエーハの製造方法&評価方法
○ 太陽電池の製造方法
(6)技術動向
・各社からの特許提出内容から、シリコンウエーハに関する技術課題は、下記の項目に集約される
・品質の向上/改善対策、生産性向上のための対策、新しい機能を持ったウエーハの開発/評価および太陽電池関連技術が主体
・各社からの特許提出内容から、シリコンウエーハに関する技術課題は、下記の項目に集約される
・品質の向上/改善対策、生産性向上のための対策、新しい機能を持ったウエーハの開発/評価および太陽電池関連技術が主体
26
・シリコン研究を行っている大学、研究機関
<大学>
九大、九工大、信州大、大阪府大、湘南工科大、早大、神奈川工科大、名大、明大、足利工大、神奈川工大、山梨大、横浜国大、法大、中大筑波大、奈良先端科学技術大、阪大、名城大、慶大、岡山大、横浜市立大、岡山県立大、大同工大、関学、福岡工大、東大、宮崎大、愛知工大、静岡理工大、熊本大、静岡大、三重大、愛知工大、東北大、京都工芸繊維大、東工大 以上37大学45研究室
<研究機関>
産総研
・H17年度応用物理学会講演大会にて報告した大学を以下に示す。
・多くの大学、研究室でシリコンの研究が行われている。産学連携を更に進めてゆけば、技術格差を更に広げることが可能。
・H17年度応用物理学会講演大会にて報告した大学を以下に示す。
・多くの大学、研究室でシリコンの研究が行われている。産学連携を更に進めてゆけば、技術格差を更に広げることが可能。
(6)技術動向
27
・大学/研究室の研究内容の紹介
分野 大学名 教授/助教授名 研究内容解析 九州大学 柿本 シリコン融液中の熱・流動解析解析 九州大学 今石 単結晶の融液成長時の熱流動・物質移動のマクロ・ミクロシミュレーション解析 九州大学 尾添 熱流動・物質移動の数値解析解析 大阪大学 吉田 第一原理シミュレーション解析 岡山県立大学 末岡 第一原理解析による単結晶中の酸素析出機構解析 関西学院大学 佐藤 半導体クラスタにおける点欠陥集合体の電子状態解析解析 大阪大学 吉田 シリコン中の不純物振動の赤外励起の第一原理シミュレーション加工 横浜国立大学 高木 切削加工、研磨、精密加工加工 熊本大学 渡邊 精密加工技術
計測/測定 大阪府立大学 井上 低濃度炭素の赤外吸収測定計測/測定 東洋大学 井内 放射測温法による温度計測の研究計測/測定 大同工業大学 坂 X線動力学的回折による結晶の微小歪の定量
欠陥 愛知工業大学 寺島 DLTS法による欠陥の評価欠陥 早稲田大学 大泊 固体表面における欠陥の形成消滅挙動歪Si 九州大学 中島 歪Si-SGOIウエーハの構造解析物性 福岡工業大学 北川 n型無転位シリコン中のニッケルの拡散分布物性 明治大学 小椋 電気物性の研究物性 東北大学 末澤 窒素酸素複合体の電子状態物性 東北大学 中嶋 多結晶シリコンにおける優先方位の決定機構
・熱流動解析、第一原理を使ったシミュレーションが多く取り組まれている・熱流動解析、第一原理を使ったシミュレーションが多く取り組まれている
出典:応物予稿集、各大学のサイト
(6)技術動向
28
・シリコン分野での国の支援プロジェクト
(6)技術動向
出典:NEDOホームページ
・官民一体となって技術開発を進めている太陽電池や民間主導で材料開発、プロセス開発を進めている半導体製造分野に比べて、シリコン分野での国主導のプロジェクトは、この2-3年少ない。
・官民一体となって技術開発を進めている太陽電池や民間主導で材料開発、プロセス開発を進めている半導体製造分野に比べて、シリコン分野での国主導のプロジェクトは、この2-3年少ない。
分野 プロジェクト プロジェクト名 内 容期間
シリコン 1996-2000 スーパーシリコン研究所 国内ウエーハメーカー7社が参加し、5年計画で大口径化(400mm)の技術開発を推進
1998 地域コンソーシアム研究開発事業 超加工機械の中核技術の研究開発 1999 長期エネルギー技術戦略等に関する調査事業 産業技術戦略策定基盤調査 、分野別技術戦略策定2000 中小企業創造基盤技術研究事業 キャビテーション噴流式ハイブリッド表面改質法の開発 2002 極低電力情報端末LSI研究開発 歪シリコン製造技術およびデバイスでの特性確認
太陽電池
等の予算を使って、太陽電池の導入促進、コスト低減を目指した技術開発、高性能太陽電池開発等を 官民一体となって進めている
経済産業省 526億円 (2005年度予算)環境省 110億円 ( 〃 )防衛施設庁 14億円 ( 〃 )国土交通省 ~20億円 ( 〃 )
29
(参考) 半導体製造技術に関するプロジェクト(主に民間主導)
(6)技術動向
分野 プロジェクト プロジェクト名 内 容期間
半導体 2001-2003 半導体MIRAIプロジェクト(MIRAI) 高誘電率ゲート絶縁膜材料・計測・解析技術開発2004-2007 (参加企業) 半導体デバイスメーカー12社 低誘電率層間絶縁膜材料・計測・解析技術開発
半導体装置・材料メーカー11社 将来のデバイスプロセス基盤技術開発2001-2006 あすかプロジェクト/Selete 先端リソグラフィー技術、先端プロセス技術(FEP、BEP)
(参加企業) 株主会社10社 委託会社2社特に無し 半導体理工学研究センター(STARC) 半導体設計技術、セルライブラリおよびIPの開発
(参加企業) 株主会社10社 参画会社11社 システム、プロセス、デバイス分野における大学との共同研究特に無し 先端SoC基盤技術開発(ASPLA) 90nmノードデバイス性能の標準化推進
(参加企業) 株主会社10社 設計資産の流通推進、工程受託サービス提供2001-2004 高効率次世代半導体製造システム技術開発(HALCA) 装置共有化による複数プロセス処理技術
(参加企業) 助成金事業9社 賦課金事業14社 プロセス工程の大幅削減化技術ファブエンジニアリング技術大学および産総研との共同研究
1987- Internatinal SEMATECH 先端プロセス技術開発、生産性向上のための開発(参加企業) Intel AMD他9社
出典:Semiconductor Portal Inc.
30
SOI ウエーハ ポリッシュド ウエーハ(Silicon-On-Insulator Wafer) (Polished Wafer)
内容 デバイスの高集積化、高速化、高信頼性の実現を目指した電気 単結晶シリコンをスライスし、鏡面研磨した平坦度と清浄度に絶縁性の高い酸化膜をウエーハ内部に形成させたウエーハ 優れたウエーハ貼り合わせ法と酸素イオン注入法の2つの製法がある
構造 ・貼り合わせウエーハ特徴 2枚のポリッシュドウエーハを酸化膜を介して貼り合わせた
ウエーハ。結晶性がいい、BOX耐圧に優れるという特徴あり。 薄膜化が難しい。
・SIMOX(Separation by Implanted Oxygen ) ポリッシュドウエーハに酸素イオンを注入しウエーハ内部 に酸化膜を形成させたウエーハ。膜厚均一性に優れている。
薄い活性層の形成可能。 イオン注入に付随する結晶欠陥あり。
(6)技術動向
(参考) SOIウエーハとは
活性層
酸化膜層
活性層
酸化膜層
シリコンウエーハ
31
(7)原材料調達の動向
・サプライチェーン
・高純度多結晶の材料である金属シリコンの供給については、ブラジルの数社が増産に入る一方、中国では電力問題、現地通貨高、増値税還付の廃止、輸出税導入の可能性などコストアップ要因が目白押し。供給量に関しては大きな変化はないが、金属シリコンの価格変動に関して注意が必要
・高純度多結晶の材料である金属シリコンの供給については、ブラジルの数社が増産に入る一方、中国では電力問題、現地通貨高、増値税還付の廃止、輸出税導入の可能性などコストアップ要因が目白押し。供給量に関しては大きな変化はないが、金属シリコンの価格変動に関して注意が必要
出典:新金属データーブック、工業レアメタル
7,000 6,135 6,027 6,751 国内デバイスメーカー
輸入 1,010 海外デバイスメーカー単結晶 アメリカ
(単位 : トン) 8,364 865
2004年度数値 アメリカ
イギリス
ノルウエー
フランス 中国他
採掘/製造国 北米
ブラジル
デンマーク ドイツ
製鉄脱酸材
アルミニウム2次合金
242,000100%輸入
ドイツ
シリコーン樹脂 6,828
3,285 (49%)
3,466 (51%)
高純度珪石
金属シリコン
高純度多結晶
輸入多結晶
単結晶
国内シリコンウエーハ
国内太陽電池
32
(7)原材料調達の動向
・世界の金属シリコン需給実績
・安い電力が利用出来る北米、ブラジル、ノルウエー、フランス、中国等で金属シリコンへの加工が行われている。日本では全量工業用金属シリコンとして輸入し、国内ポリシリコン(多結晶)メーカーが多結晶を製造し、シリコンウエーハメーカーに供給
・2004年世界の金属シリコン需要は126万トン、前年比14%増えた
・供給は西側メーカーが75万トンに対して、中国が54.5万トンと前年比15%増加
・安い電力が利用出来る北米、ブラジル、ノルウエー、フランス、中国等で金属シリコンへの加工が行われている。日本では全量工業用金属シリコンとして輸入し、国内ポリシリコン(多結晶)メーカーが多結晶を製造し、シリコンウエーハメーカーに供給
・2004年世界の金属シリコン需要は126万トン、前年比14%増えた
・供給は西側メーカーが75万トンに対して、中国が54.5万トンと前年比15%増加
出典:工業レアメタル
(単位: 千トン)
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005見通
需要 西欧 316 318 318 386 383 387 420 445 450
アメリカ 280 272 272 295 248 240 231 270 270
日本 161 150 160 186 184 189 215 240 240
アジア(除く日本) 59 45 50 59 56 73 90 140
他西欧諸国 88 88 88 108 110 122 145 165
合計 903 873 888 1,035 981 1,011 1,101 1,260 1,280
供給 西欧諸国 684 684 684 782 688 690 728 750 750
中国 200 176 200 257 257 309 475 545 600
CIS、東欧 39 41 41 27 39 33 26 15 20
合計 923 901 925 1,066 984 1,032 1,229 1,310 1,370
320
33
(7)原材料調達の動向
・金属シリコン輸入実績
・2004年輸入量は24.2万トンと大幅に増加。過去最高記録
・中国品が83%でトップ、南アフリカ、ノルウエー、オーストラリアからも輸入
・2004年輸入量は24.2万トンと大幅に増加。過去最高記録
・中国品が83%でトップ、南アフリカ、ノルウエー、オーストラリアからも輸入
出典:工業レアメタル
0
5
10
15
20
25
30
1987 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04
24.2
合計
中国
20.2(シェア83%)
ブラジル
0.7(3%)ノルウェー 1.7(7%)
オーストラリア 0.7(3%)
輸入
量(万
トン
)
34
・世界の多結晶シリコンの生産
・半導体向け中心だった多結晶市場は、2000年のITバブル崩壊後、太陽電池市場への多結晶需要が拡大し、2004年には半導体用1.9万トン、太陽電池用8千トン、合計2.7万トンと2001年の約2万トンから35%増えた
・世界の生産量は2005年3万トンに対して、増設計画分を加えると2007年には約3.5万トンを越える見通し
・半導体向け中心だった多結晶市場は、2000年のITバブル崩壊後、太陽電池市場への多結晶需要が拡大し、2004年には半導体用1.9万トン、太陽電池用8千トン、合計2.7万トンと2001年の約2万トンから35%増えた
・世界の生産量は2005年3万トンに対して、増設計画分を加えると2007年には約3.5万トンを越える見通し
( 単位:トン)
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
実績 実績 実績 実績 実績 実績 実績 実績 計画 能力 計画 半導体 太陽電池
トクヤマ 3,300 3,100 2,100 2,600 3,300 2,800 3,300 4,800 5,200 5,400 5,400 3,800 1,600
三菱マテリアルポリシリコン 1,600 1,400 1,200 1,600 1,200 1,100 1,200 1,500 1,600 1,600 1,600 1,400 200
住友チタニウム 700 600 600 630 550 500 600 700 700 700 700 700 0
日本合計 5,600 5,100 3,900 4,830 5,050 4,400 5,100 7,000 7,500 7,700 7,700 5,900 1,800
三菱ポリシリコン(米) 200 800 800 900 1,000 1,100 1,200 1,200 1,200 1,100 100
ヘムロックセミコンダクター(米) 4,200 4,000 3,500 4,600 4,300 5,000 6,000 7,000 7,400 10,000 10,000 6,000 4,000
ASiMI(米) 1,800 2,000 2,100 2,600 2,500 2,500 2,500 2,600 3,000 3,300 3,300 2,800 500
SGS(米) 2,200 2,200 2,200 2,200 2,200 2,200 2,200 2,200 2,200 2,200 2,200 0 2,200
ワッカーポリシリコン(独) 2,600 2,900 3,100 3,700 3,000 3,500 4,000 4,600 5,000 5,500 5,500 3,200 2,300
MEMCパサディナ(米) 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,200 1,500 1,500 2,700 1,500 1,500 0
MEMC(伊) 850 900 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0
合計 18,250 18,100 17,000 20,730 19,850 20,500 23,000 27,000 28,800 33,600 32,400 21,500 10,900
2006 2006計画の内訳2004 2005
出典:工業レアメタル
(7)原材料調達の動向
35
・世界の太陽電池生産量ランキング
・シャープが324MWでシエアー27%、5年連続トップ
・1社でヨーロッパ全体よりも多い
・シャープが324MWでシエアー27%、5年連続トップ
・1社でヨーロッパ全体よりも多い
出典:㈱資源総合システム
(単位 : MW)
順位 企業名 2003 シェアー 2004 シェアー 04/03対比
1 シャープ(日) 197.9 26.6% 324.0 27.1% 163 %
2 京セラ(日) 72.0 9.7 105.0 8.8 145 %
3 三菱電機(日) 40.0 5.4 75.0 6.3 187 %
3 Q-Cells(独) 28.0 3.8 75.0 6.3 267 %
5 三洋電機(日) 35.0 4.7 65.0 5.4 185 %
6 Shell Solar(米) 52.0 7.0 62.0 5.2 119 %
(旧Siemens Solar)
7 Isophoton(スペイン) 35.2 4.7 53.3 4.5 151 %
8 REWSchott Solar(独) 38.0 5.1 53.0 4.4 139 %
(旧ASE)
9 MOTEC(台湾) 17.0 2.3 35.0 2.9 205 %
10 BPSolar(豪) 26.2 3.5 34.0 2.8 129 %
(7)原材料調達の動向
36
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
生産
量(ト
ン)
多結晶
単結晶
・日本の高純度シリコンの生産
・多結晶生産量と単結晶生産量はほぼ同じ6,000トン強・多結晶生産量と単結晶生産量はほぼ同じ6,000トン強
出典:
新金属協会シリコン部会
(7)原材料調達の動向
37
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
輸入
量(ト
ン)
単結晶
多結晶
・国内における太陽電池生産の増加に伴い、多結晶シリコンの輸入が2002年から急増している
・単結晶の輸入は大きな変化がなかったが、2004年に急増している。太陽電池の生産増に関係していると思われる
・高純度シリコンの輸入
・国内における太陽電池生産の増加に伴い、多結晶シリコンの輸入が2002年から急増している
・単結晶の輸入は大きな変化がなかったが、2004年に急増している。太陽電池の生産増に関係していると思われる
出典:新金属データブック(金属時評)、レアメタル・ニュース
(7)原材料調達の動向
(単位:トン)
輸入国 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
単結晶 アメリカ 110 433 388 425 290 252 324 223
韓国 3 26 46 175 153 123 83 31
ロシア 3 39 56 65 30 7 14 10
イタリア 24 25 69 60 71 84 104 69
デンマーク 22 23 15 13 11 14 5 3
中国 42 124 144 154 238
ドイツ 5 12 66 241 141
台湾 31 9 62 131 53
その他 53 72 137 76 38 39 96 51
(合計) 215 618 711 892 738 791 1,152 819 886 1,186 2,617
多結晶アメリカドイツ
イギリス2,258 2,677 3,049 3,514 4,474 3,921 4,857 5,453 5,166 6,899 8,364
38
・強み、弱み分析
(8)我が国シリコン産業の特徴
[強み]
1.日本の半導体生産額が1986年に米国を抜いて、世界一となり、国内に世界最大のユーザーを抱えることになった。それを支えるため、ユーザーニーズの的確・迅速な対応、ウエーハ製造技術、製造装置技術のレベルアップ、高い教育を受けた人材の確保等で、その地位を支えてきた。
2.300mmウエーハが量産体制に入り、世界の中でその大半を国内で生産する体制が出来、シェアーを拡大することが出来るようになった。研究開発、装置開発に資金を投入し、世界をリードすることが出来る力をつけた。
3.ウエーハ製造のための結晶引上げ装置、研磨装置等ウエーハ製造にとっての要の製造装置メーカーを配下に保有しており、そことの共同開発により、技術の向上が期待出来る。
[強み]
1.日本の半導体生産額が1986年に米国を抜いて、世界一となり、国内に世界最大のユーザーを抱えることになった。それを支えるため、ユーザーニーズの的確・迅速な対応、ウエーハ製造技術、製造装置技術のレベルアップ、高い教育を受けた人材の確保等で、その地位を支えてきた。
2.300mmウエーハが量産体制に入り、世界の中でその大半を国内で生産する体制が出来、シェアーを拡大することが出来るようになった。研究開発、装置開発に資金を投入し、世界をリードすることが出来る力をつけた。
3.ウエーハ製造のための結晶引上げ装置、研磨装置等ウエーハ製造にとっての要の製造装置メーカーを配下に保有しており、そことの共同開発により、技術の向上が期待出来る。
39
・強み、弱み分析
[弱み]
1.台湾、韓国等のファウンドリーが台頭してきており、ウエーハもそれにつれて、海外で使用される量が増加している。使用するところと供給するところが離れることにより、過去には強みとなっていた対応の迅速性が問題となる。
2.デバイスメーカー同様、莫大な設備投資を回収出来ぬまま、ウエーハの世代交代が進んでおり、特にこの2、3年は300mmおよび品質向上のための投資が莫大で、各社とも利益を上げるのに汲々としている。開発への投資が少なくなり、技術革新が停滞する可能性がある。
3.シリコン関連の学会発表、大学における講座等が極端に少なくなっている。
4.国支援のプロジェクトも少ない。企業に任せておいていいのか?
[弱み]
1.台湾、韓国等のファウンドリーが台頭してきており、ウエーハもそれにつれて、海外で使用される量が増加している。使用するところと供給するところが離れることにより、過去には強みとなっていた対応の迅速性が問題となる。
2.デバイスメーカー同様、莫大な設備投資を回収出来ぬまま、ウエーハの世代交代が進んでおり、特にこの2、3年は300mmおよび品質向上のための投資が莫大で、各社とも利益を上げるのに汲々としている。開発への投資が少なくなり、技術革新が停滞する可能性がある。
3.シリコン関連の学会発表、大学における講座等が極端に少なくなっている。
4.国支援のプロジェクトも少ない。企業に任せておいていいのか?
(8)我が国シリコン産業の特徴
40
太陽電池関連資 料
41
・太陽電池関連の特許出願状況
~89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00
1 松下電器産業 19 18 22 21 19 15 11 3 7 10 6 1512 富士写真フィルム 1 12 23 61 40 1373 キヤノン 2 10 17 29 7 4 3 10 9 5 13 14 1234 シャープ 4 16 7 8 9 6 8 5 9 11 20 1035 松下電池工業 1 6 1 8 4 12 20 14 12 11 896 三洋電機 5 6 8 11 4 6 2 5 6 3 7 637 矢崎総業 1 1 7 13 10 5 8 7 528 日立製作所 1 4 7 6 3 5 3 6 4 2 2 4 479 京セラ 1 2 3 1 1 6 1 7 10 14 4610 富士ゼロックス 1 5 4 6 12 9 3711 信越化学工業 2 3 3 5 1 1 18 3312 旭化成 1 1 8 4 1 2 5 7 1 3013 三菱電機 12 3 2 1 2 1 2 2 2 2714 沖電気工業 2 4 2 1 5 3 1 1 3 4 2615 ジャパンエナジー 1 1 1 1 5 11 2 3 2516 本田技研工業 1 3 1 6 5 9 2517 産業技術総合研究所 1 1 2 1 5 1 2 1 10 2418 東芝 1 1 1 1 1 6 10 2119 ソニー 1 1 6 2 1 8 1 2020 日立電線 7 2 5 2 2 1 1 2021 富士電機 3 11 4 1 1 20
(合 計) 3 73 84 99 79 85 81 83 82 113 167 170 1119
年次別出願件数計No. 出願人
出典:工業所有権情報・研修館 特許流通支援チャート
(太陽電池)
42
(太陽電池)
・太陽電池の技術開発
*2030年に向けた太陽光発電の技術課題
出典:NEDO開発機構「2030年に向けた太陽光発電ロードマップ」
43
(太陽電池)
・太陽電池の技術開発
*2010年の導入目標達成に向けた要素技術開発
出典:NEDO開発機構「2030年に向けた太陽光発電ロードマップ」
44
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
年
(MW)
2020年までの太陽電池設置容量計画
出典:グリーンピース・インターナショナル、EPIA
(太陽電池)
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エネルギー 原油換算量(万Kl)
太陽光発電 2024
風力発電 269
廃棄物発電 374
バイマス発電 120
太陽熱利用 112
未利用エネルギーおよび廃棄物熱利用 87
バイオマス熱利用 423
黒液・廃材等 537
合計 3946
新エネルギー進展ケースにおける2030年のエネルギー試算値
出典:経済産業省エネルギー庁資源エネルギー調査会需給部会
(太陽電池)