執筆:畑田康司 監修:楠浦崇央
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発売日:2023/02/28 ページ数:141ページ (ペーパーバック換算) ※社内配布(PDF形式)をご希望の場合、法人一括契約を承っております。社内共有版の詳細についてはこちらをご覧ください |
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~半導体業界を生き抜くプロフェッショナルになるための航海図~
急速に技術革新が進む半導体業界において、「技術」と「ビジネス」の両面で最先端の情報を把握し、次の一手を打てる「プロフェッショナル」になるための「航海図」を提供します。
iPhoneの制御や電気自動車のモーター制御に使われる半導体チップの設計思想と製造プロセスを解説します。さらに関連する企業の最新動向と経営戦略を分析した詳細なレポートとなっています。
盛りだくさんな内容ですが、図も交えてなるべく分かりやすく解説しているので、「半導体業界の全体像」を「イノベーション」の切り口から深く理解して頂けると思います。
- 図表も交えて解説しています -
◆第1章
・ICチップとパワー半導体の考え方と製造方法はどう違うか?なぜ同じ製造ラインではつくれないか?
・教科書に出ている「トランジスタ」とiPhoneのメインチップにも使われる「FinFET」の構造はどうつながるか?
・FinFETの製造工程を1工程ずつ分解するとどうなるか?
◆第2章
・なぜEUV露光装置は「500億円以上」もするのか?それでも買う価値があるのか?
・微細化が進む中でレジスト材料はどう変わるか?東京応化工業、JSR、東洋合成、信越化学はどう動く?
◆第3章
・TSMCのファウンドリビジネスモデルとは何か?なぜ時価総額でインテルを上回るほどの成長を遂げたのか?
・TSMCの特許に書かれた、FinFETの次に来るGAA(Gate-All-Around)の製造プロセスとは?
◆第4章
・フェイスブックやマジックリープもナノインプリントを活用する理由とは?
・EUV露光と比較したナノインプリントの圧倒的なメリットとは?
・ナノインプリントリソグラフィー(NIL)の最初のターゲットがNANDフラッシュメモリになる理由とは?
◆第5章
・インフィニオン、STマイクロ、ローム、Wolfspeedの戦略の違いとは?
・ロームのSiCパワー半導体チップの構造は第3世代から第4世代でどう進化したか?
◆第6章
・1990年代にインテル、2000年代にクアルコム、2010年代にTSMCが急成長した背景で何が起きていたか?
・スマホの特許戦争を制したクアルコムが自動車市場でも勝てる理由とは?
ASML、Cymer、TRUMPF、ギガフォトン、Berliner Glas Group、Carl Zeiss(カールツァイス)、NTTアドバンステクノロジ、AGC(旧旭硝子)、HOYA、三井化学、レーザーテック、東京エレクトロン、ラムリサーチ(Lam Research)、Entegris、Gelest、東京応化工業、JSR、信越化学工業、東洋合成、ニコン、TSMC、AMAT、ASM、キヤノン・キオクシア、Molecular Imprints(Canon Nanotechnologies)、EV Group(EVG)、Nanonex、SUSS Micro Tec、Stensborg A/S、SCIL Nanoimprint Solutions、Obducat Technologies、SCIVAX、インフィニオン、STMicroelectronics(STマイクロ)、ローム、Wolfspeed(旧Cree)、Bosch(ボッシュ)、ASM International、グローバルパワーテクノロジー(Global Power Technology)、Shenzhen BASiC Semiconductor(BASiC)、Inventchip Technology、インテル、クアルコム、サムスン電子
0. 本資料のサマリー
1. 半導体プロセスの2大トレンドとチップの構造
2. ASMLのEUV露光技術
3. TSMCのビジネスモデルと技術戦略
4. ナノインプリント実用化の最前線
5. SiCパワー半導体のトップ4企業の比較分析
6. インテル・クアルコムのオープンクローズ戦略と半導体業界の構造変化の本質
本資料のまとめ・振り返り
図表1 | 2021年の半導体市場規模と各カテゴリーの内訳(WSTSのレポートを元に作成) |
図表2 | ICチップとパワー半導体の役割と用途、代表的な企業の例 |
図表3 | 半導体のON/OFFを制御する構造の模式図 |
図表4 | ウェハー上でnpn型の構造をつくった際のイメージ |
図表5 | FinFETとSiCトレンチMOSFETの概要と、npn型の構造が形成される部分の詳細 |
図表6 | FinFETのフィン部分を形成するプロセスの概要(TSMCの特許US8652894B2の記載を参考に作成) |
図表7 | SiCトレンチMOSFETの製造プロセスの概要 |
図表8 | 半導体製造プロセスの前工程・後工程 |
図表9 | 製造工程ごとの市場規模(SEMIのレポートの2021年データを元に算出) |
図表10 | FinFETの製造プロセスと利用される装置(前出の図に追記) |
図表11 | FinFETのゲート電極形成までのプロセス概要(TSMCの特許出願JP2015159339Aの図を元に作成) |
図表12 | プラズマCVDとPVDの概要 |
図表13 | CMP装置の概要(AMATの特許JP6924327B2の図に追記して作成) |
図表14 | プラズマを利用したFinFETへのイオン注入工程の概要(AMATの資料に追記して作成) |
図表15 | チップ内部の断面拡大写真と、各部の説明(写真はインテルのプレゼン資料より抜粋) |
図表16 | 銅配線の多層レイヤーを形成するプロセスの概要(TSMCの特許US8975749B2の図に追記して作成) |
図表17 | ASMLの露光プロセス進化の概要(詳細は後述) |
図表18 | 露光プロセスの概要(光照射された赤の領域が、後のエッチング工程で除去される) |
図表19 | ArF液浸技術の概要(実際の構造より簡略化して作成) |
図表20 | EUV露光システムの概要(ASMLのHPを参考に自作) |
図表21 | 製品・サービスカテゴリー毎のASMLの売上(ASML 2021 Annual Reportのデータを元に作成) |
図表22 | ASMLが出願する特許のCPCトップ5(分析ツール:LENS.ORG、出願日:2000-01-01~2022-11-20) |
図表23 | ASMLの液浸露光関連のCPC(G03F7/70633)の出願件数の推移(分析ツール:LNS.ORG) |
図表24 | カールツァイスのEUV露光用光学系の出願(Google Patentsより) |
図表25 | 露光前後の工程の概要(ラムリサーチの特許出願JP2021523403Aの図に追記して作成) |
図表26 | 露光技術とレジスト材料の変遷(JSRの投資家向けプレゼン資料より) |
図表27 | EUV露光技術に関連した企業リスト |
図表28 | 半導体ビジネスの業態と代表的な企業の概要 |
図表29 | TSMCの製品カテゴリーごとの売上(同社のAnnual Report 2021を元に作成) |
図表30 | TSMCの地域ごとの売上(同社のAnnual Report 2021を元に作成) |
図表31 | TSMCの製品に占める、半導体パターンの解像度の内訳(同社のAnnual Report 2021を元に作成) |
図表32 | TSMCが提供する開発支援サービスの概要 |
図表33 | TSMCが出願する特許のCPCトップ5(分析ツール:LENS.ORG、出願日:2000-01-01~2022-11-20) |
図表34 | グローバルファウンドリーズの特許出願件数(LENS.ORGにより分析) |
図表35 | FinFETとGAAの構造の比較 |
図表36 | GAA製造プロセスの概要1(US10510871B1の図に追記して作成) |
図表37 | GAA製造プロセスの概要2 |
図表38 | ラムリサーチが開発する側面方向のエッチング技術(同社ブログの図に追記して作成) |
図表39 | GAA製造プロセスの概要3 |
図表40 | 原子層堆積(ALD)プロセスの概要 |
図表41 | AMATとASMの特許出願傾向(分析ツール:LENS.ORG、調査期間:2015/01/01~2022/11/20) |
図表42 | AMATとASMの特許出願件数と規模の関係 |
図表43 | ナノインプリントの主な方式の概要 |
図表44 | 大面積一括転写式とステップ&リピート式の概要(ステップ&リピートは、型ではなくウェハーを動かす方法もある) |
図表45 | ナノインプリントの用途と主な装置メーカー |
図表46 | ナノインプリントで傾斜した表面構造をつくるプロセス(Facebookの特許US10845596B2の図に追記して作成) |
図表47 | ASMLのEUV露光装置とキヤノンのナノインプリント装置の構造比較(2社のHPを参考に作成) |
図表48 | キヤノンの位置ずれ補正機構(JP5686779B2の図2に追記して作成) |
図表49 | NANDフラッシュメモリの構造と原理(キオクシアHPを参考に作成) |
図表50 | NANDフラッシュメモリ全体の構造(東芝の特許JP5651630B2の図に追記して作成) |
図表51 | NANDフラッシュメモリのメモリセル領域の詳細(東芝の特許JP5651630B2の図に追記して作成) |
図表52 | メモリセル領域の積層構造の良い例と悪い例のイメージ |
図表53 | ナノインプリント関連企業リスト |
図表54 | SiC半導体トップ企業4社の収益構造比較(各社の最新のAnnual Reportを元に作成) |
図表55 | EVの内部構造の概略図とインバーターの位置 |
図表56 | 一般的なSiCウェハー製造工程と、Wolfspeed・インフィニオンの製造工程の比較 |
図表57 | レーザーを利用したウェハーの切り分けに関するWolfspeedの出願(Google Patentsより) |
図表58 | 4社のCPC分類 H01L29/7813 (トレンチゲート電極をもつ、垂直方向に電流を流す半導体)の出願件数 |
図表59 | CPC分類H01L29/7813におけるWolfspeedの出願件数の推移(LENS.ORGで分析) |
図表60 | プレーナMOSFETとトレンチMOSFETの構造 |
図表61 | 一般的なトレンチMOSFETの構造とロームのトレンチMOSFETの構造比較(JP6061181B2の図に追記して作成) |
図表62 | ロームの特許出願に記載されたトレンチMOSFETの構造(JP2019161200Aの図に追記して作成) |
図表63 | SiCパワー半導体・関連企業の動向 |
図表64 | 1980~1999年のインテルの売上高と粗利の推移(立本ら, 2007の図に追記して作成) |
図表65 | パソコンのマザーボードの外観(s100computers.comの写真に追記して作成) |
図表66 | マザーボードの構造に関するインテルの特許出願の例(US5384692Aの図に追記して作成) |
図表67 | 1995年を基準としたパソコンのCPU・部品の平均価格変化率(立本,2007のグラフに追記して作成) |
図表68 | クアルコムの売上高の推移(UCサンディエゴ資料のグラフに追記して作成) |
図表69 | クアルコムの総売上とライセンス収益の推移(2000年、2010年の同社IR資料を元に作成) |
図表70 | クアルコムの5Gスマートフォンのリファレンスデザインの例(AnandTech記事の写真に追記して作成) |
図表71 | クアルコムの特許出願件数の推移(2000~2010年、LENS.ORGにより解析) |
図表72 | クアルコムのビジネスモデル(クアルコムHPの図に追記して作成) |
図表73 | 半導体ビジネスの業態と代表的な企業の概要(第3章で示した図に追記) |
図表74 | インテル、サムスン電子、TSMCの成長スピード比較(各社のIR資料を元に作成、為替レートは各年の平均値を https://www.exchangerates.org.uk/ で確認) |
図表75 | インテルの収益構造の変化(インテルのAnnual Report 2020に追記して作成) |
図表76 | クアルコムのQCTとQTL(ライセンス)の業績(クアルコムのFY22プレゼン資料より) |
図表77 | クアルコムのQCT事業におけるカテゴリー毎の収益(クアルコムのFY22プレゼン資料に追記して作成) |
図表78 | クアルコムのSnapdragon Rideのイメージ(クアルコムの2022年9月のプレゼン資料の図に追記して作成) |
図表79 | GAA構造に関するインテルの資料(videocardz.comより) |
図表80 | インテルの特許US11380684B2に記載されたGAAの2段構造(特許の図に追記して作成) |
図表81 | 3Dメモリに関するインテルの資料(videocardz.comより) |
図表82 | インテルの三次元FeRAM構造(US10651182B2の図に追記して作成) |
図表83 | 第1章の概要 |
図表84 | 第2章の概要 |
図表85 | 第3章の概要 |
図表86 | 第4章の概要 |
図表87 | 第5章の概要 |
図表88 | 第6章の概要 |
執筆:畑田康司 監修:楠浦崇央
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畑田 康司 (弊社シニアリサーチャー)
九州大学大学院:生物資源環境科学修士、東京大学大学院:農学生命科学修士。東京大学大学院所属時に「発明塾」に参加し、2件の発明が賞金獲得。
卒業後、生産設備メーカーで機械設計・開発を行う。「発明塾」での特許調査、特許分析や発明創出の経験を生かし、社内の知財教育セミナー主催、発明提案を行う。台湾に2年間駐在と米国・マレーシア等への長期出張を経験し、海外顧客の生産現場に入り込んでの装置改善に取り組む。
2019年よりTechnoProducer株式会社 シニアリサーチャーに就任。
楠浦 崇央 (弊社代表・発明塾 塾長)
新規事業創出の支援と発明・知財教育の二つのサービスを通じて、「100年続く事業」の創出と、それを達成する人材の育成を行う、TechnoProducer株式会社の代表取締役CEO兼「発明塾」塾長。
TechnoProducerはこれまでに一流企業を中心に300社以上の新規事業や知財戦略を支えてきています。また、楠浦自身、アメリカの発明投資ファンドからアジアのトップ発明家8人に選ばれた、発明家でもあります。
読者の方からいただいたレビューです
2023.11.01
◆「イノベーション四季報」のご感想
時代の「先読み力」を鍛えてそれを実行するとともに、オープンなコミュニティを形成できた要因の一つに知財戦略の大胆な転換があったことが興味深いです。
このような戦略転換は「目的」を持って行わないと成功しないところ、全社レベルで「目的」を共有できていることに驚きました。
AIの普及による脱炭素の予見など、「先読み力」について興味がある方にお勧めの一冊です。
2023.10.25
◆「イノベーション四季報」のご感想
一番の驚きは、
マイクロソフトの次の一手を丸裸にするような本書を読んで次世代
本書を多くの人に勧めていきたいと思います。
2023.08.25
◆「イノベーション四季報」のご感想
他社(Meta、Netflix)との具体的な提携事例が示されており、マイクロソフトが近年行ってきたオープンイノベーションのための特許戦略がより理解できました。
また、マイクロソフトは日本ではITの文脈で語られることが多い企業ではありますが、本書にあるように「脱炭素化」にとても注目している企業です。マイクロソフトの脱炭素戦略について、短いながらも良くまとまっており、脱炭素技術への事業投資に興味を持っている企業には一読をお勧めします。
執筆:畑田康司 監修:楠浦崇央
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