3D矽通孔應用的設備和材料市場-2017版

EQUIPMENT & MATERIALS FOR 3D TSV APPLICATIONS

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目前，3D TSV（矽通孔）設備和材料業務主要受BSI CIS（背照式CMOS圖像傳感器）驅動，未來3D堆棧存儲器的擴張將推動3D TSV設備和材料市場增長。

TSV集成將持續成長，但其技術和應用的驅動力將會改變

目前，3D TSV集成主要受3D堆棧BSI CIS（背照式CMOS圖像傳感器）推動。

未來，TSV集成增長將主要由3D存儲應用和成像領域集成TSV互聯的新產品驅動。

TSV產品應用

事實上，3D堆棧BSI多年來一直是TSV市場的實際推動者。

不過，隨著3D混合技術（無需任何TSV互聯）的出現，我們預計至2019年，TSV市場中的3D堆棧BSI將會減少。

由STMicroelectronics（意法半導體）開發的3D單光子雪崩二極體（SPAD）或將加速BSI CIS內的TSV應用減少趨勢。

這是一種飛行時間（ToF）新技術，該技術將受益於將數字像素轉移至二級晶片的3D混合技術。

目前，Sony是CIS領導者，也是混合堆棧技術（首次應用於三星Galaxy S7的後置攝像頭模組）的開拓者，現在來深入挖掘TSMC（台積電）、Omnivision（豪威）以及ON Semiconductor（安森美）等其它重要廠商的戰略還為時尚早，也無法確定它們的發展方向是3D堆棧BSI還是3D混合堆棧。

未來數年內，也許還會出現另一種情況，並以另一種方式影響TSV市場。

如今研究的BSI CIS的結構變得越來越複雜，一些CIS製造商或許會繼續專注於3D堆棧BSI，通過將該技術與3D混合堆棧整合，開發基於多層堆棧結構的下一代產品。

在這種情況下，3D混合堆棧將不會與3D堆棧BSI競爭，3D堆棧BSI將和3D混合堆棧一起持續增長。

TSV製造工藝流程中應用的技術

即使TSV市場受到混合堆棧技術替代3D堆棧BSI的滲透率影響，TSV市場也會由於高端應用領域的3D堆棧存儲器件的應用增長而獲得補償，從而恢復增長。

亞洲存儲器製造商，以及手機和可穿戴應用的指紋傳感器、環境光傳感器等對TSV互聯應用的新浪潮，將推動這些應用增長。

本報告解析了TSV市場動態，以及當前集成TSV互聯的應用。

本報告還洞察了TSV市場的未來發展趨勢，並詳細分析了市場最新技術帶來的影響。

2016~2022年按領域細分的TSV應用晶圓預測

混合鍵合的引入會顯著影響3D TSV應用的設備和材料市場嗎？

從商業角度來看，3D TSV曾被預計以更快的速度快速發展，但是事實是「起飛」被延誤了。

產業轉向了扇出型晶圓級封裝方向。

因此，3D TSV設備市場並沒有帶來顯著的規模。

一些為3D TSV提供系統的設備製造商決定利用其設備服務於扇出型晶圓級封裝，因為它們期望的3D TSV市場目前量還很小，有理由尋求更有商業機遇的其它市場。

2016年，受BSI CIS應用推動，目前3D TSV應用的設備市場營收超過了1.7億美元。

同時，至2022年，3D TSV應用的材料市場將從目前的1.09億美元增長至2.32億美元高峰。

3D TSV應用的材料市場將主要受到下一代3D堆棧存儲器的推動，它將變得更加複雜，因此需要額外的先進材料，如光阻材料和填充材料，以獲得更好的性能。

3D TSV應用的設備市場預計將因為BSI CIS混合堆棧的引入而在2019年出現下跌，混合堆棧無需任何TSV互聯，因此不需要專用於TSV製造的設備投資。

如果未來3D混合鍵合被認為是3D堆棧BSI的一種替代技術，那它將會影響並導致整個TSV設備市場下滑。

不過，隨著3D堆棧存儲器的發展，以及TSV在指紋和環境光等傳感器領域的滲透率提高，我們預計3D TSV設備市場到2020年會開始復甦。

PVD（物理氣相沉積）、CVD（化學氣相沉積）以及DRIE（深反應離子刻蝕）等設備將跟隨3D TSV設備市場整體趨勢。

不過，儘管3D TSV設備投資數量將因為BSI CIS（目前是TSV最大的應用）而呈下降趨勢，但是如永久鍵合（permanent bonding）、臨時鍵合（temporary bonding）及解鍵合（debonding）等設備並不會跟隨相同的下降趨勢，並且不會受到整個3D TSV設備市場下降的影響。

一方面，隨著領先的永久鍵合設備供應商已經開發相關設備支持工藝融合鍵合和混合鍵合，CIS製造商將繼續投資新設備，並可靈活的應用其中一種技術，或為它們未來的產品選擇兩種技術都應用。

因此，永久鍵合市場將持續增長，並預計在2020~2021年期間得到鞏固。

3D TSV 應用的設備和材料市場預測

另一方面，臨時鍵合及解鍵合併不應用於HVM的BSI CIS。

因此，無論CIS製造商採取什麼戰略，都將正面影響整個3D TSV設備市場。

也就是說，受存儲器廠商擴大其最新的高性能堆棧存儲器件產量的推動，臨時鍵合及解鍵合市場預計將在未來幾年內保持增長。

本報告廣泛概述了3D TSV製造應用的設備和材料，詳細分析了相關技術趨勢，並按照TSV工藝流中的工藝步驟類型進行了市場預測。

此外，還按照2016~2022年的時間範圍計算預測了3D TSV應用的設備和材料市場。

由於3D TSV設備市場相比整個半導體設備市場還很小，該領域真正的競爭還沒有形成

相比規模數十億美元的整個半導體設備市場，3D TSV產業還是僅是過億美元的小型利基市場。

3D TSV設備市場目前被各種小規模設備供應商占據著，它們已經瞄準並把握了該領域的利基應用（相比整個半導體設備市場而言）。

如此，3D TSV設備市場在來自兩類不同設備供應商的控制下變得高度集中，它們分別是：

- 來自前端的頂級半導體設備供應商，如AMAT（應用材料）和LAM Research（泛林）等，大多支持中通孔（Via middle）TSV；

- 如EV Group和SUSS Microtec等在非常特殊的設備線方面擁有專業技術的專業設備供應商，或者如SPTS/Orbotech等特種非主流應用方面的供應商。

TSV主要設備供應商

這種狀況也源於TSV架構的特異性。

前端設備供應商趨向支持中通孔TSV，而來自非常特殊的應用的設備供應商則主要支持後通孔（Via last）TSV。

另一個原因則是一些3D TSV製造工藝步驟僅占整個設備市場的一小部分。

因此，前端設備供應商基本就被排除在外了，因為它們不支持在一個小領域爭取市場份額所需要付出的技術投入。

相比之下，3D TSV材料市場則更加碎片化，同時有多家材料供應商盯著一類特定材料。

本報告提供了該領域的競爭全景圖和主要3D TSV設備和材料供應商的市場份額。

2016年3D TSV設備市場份額

報告目錄：

Introduction, definitions & methodology

Executive summary

> Overview of the equipment & materials market forecast

> Equipment forecast

> Materials forecast

TSV technology

> TSV technology process flow

> Positioning of the different equipment & materials suppliers, by TSV process step

TSV module

> TSV etching

> TSV isolation

> TSV barrier / seed layer

> TSV filling

For each: Overview of the equipment used - Key requirements and challenges

- Market forecast - Key equipment suppliers

Wafer bonding

> Permanent bonding

> Temporary bonding

Backside thinning

> Overview of thinning technologies for 3D TSV (grinding and CMP)

> Key requirements and challenges

> Market forecast for thinning

> Key equipment suppliers

> Materials market forecast for thinning - CMP slurries

TSV via reveal

> Overview of the equipment types used for TSV Via reveal (DRIE vs. wet)

> Key requirements and challenges

> Market forecast

> Key equipment suppliers

> Materials market forecast - cleaning chemistries

TSV patterning

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