微電子制造概論-第1章-緒論

1、12參考書參考書微電子學概論微電子學概論：張興張興/黃黃如如/劉曉彥，北京大學出版社劉曉彥，北京大學出版社半導體器件物理與工藝半導體器件物理與工藝，施敏，科學出版社施敏，科學出版社3本課程的目的本課程的目的4主主 要要 內內 容容5第一章第一章緒緒 論論6緒緒 論論7電電子子學學微電子學微電子學8微電子學：微電子學：Microelectronics?微電子學微電子學微型電子學微型電子學?核心核心集成電路集成電路9集成電路：集成電路：Integrated Circuit，縮寫，縮寫IC?通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源二極

2、管等有源器件和電阻、電容等無源器件，按照一定的電路互連，器件，按照一定的電路互連，“集成集成”在一塊半導體單晶片（如硅或砷化鎵）在一塊半導體單晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個外殼內，執(zhí)行特定電路上，封裝在一個外殼內，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能或系統(tǒng)功能10封裝好的集成電路封裝好的集成電路11集成電路的內部電路集成電路的內部電路VddABOut12 硅單晶片與加工好的硅片硅單晶片與加工好的硅片13集成電路芯片的顯微照片集成電路芯片的顯微照片1464M SDRAM （華虹（華虹NEC生產）生產）芯片面積芯片面積5.899.7=57mm2 ， 456pcs/w，1個個IC中含有中含有1.34億只晶體管

3、億只晶體管15Vsspoly 柵Vdd布線通道參考孔有源區(qū)N+P+1617 50 m100 m頭發(fā)絲粗細頭發(fā)絲粗細 30 m1 m 1 m(晶體管的大小晶體管的大小)3050 m(皮膚細胞的大小皮膚細胞的大小)90年代生產的集成電路中晶體管大小與人年代生產的集成電路中晶體管大小與人類頭發(fā)絲粗細、皮膚細胞大小的比較類頭發(fā)絲粗細、皮膚細胞大小的比較18集成電路設計與制造的主要流程框架集成電路設計與制造的主要流程框架設計設計芯片檢測芯片檢測單晶、外單晶、外延材料延材料掩膜版掩膜版芯片制造芯片制造過程過程封裝封裝測試測試系統(tǒng)需求系統(tǒng)需求19 集成電路集成電路的設計過程：的設計過程： 設計創(chuàng)意設計創(chuàng)意

4、+ + 仿真驗證仿真驗證集成電路芯片設計過程框架集成電路芯片設計過程框架From 吉利久教授吉利久教授是是功能要求功能要求行為設計（行為設計（VHDL）行為仿真行為仿真綜合、優(yōu)化綜合、優(yōu)化網表網表時序仿真時序仿真布局布線布局布線版圖版圖后仿真后仿真否否是是否否否否是是Sing off設計業(yè)設計業(yè)20制造業(yè)制造業(yè)芯片制造過程芯片制造過程由氧化、淀積、離子注入或蒸由氧化、淀積、離子注入或蒸發(fā)形成新的薄膜或膜層發(fā)形成新的薄膜或膜層曝曝 光光刻刻 蝕蝕硅片硅片測試和封裝測試和封裝用掩膜版用掩膜版重復重復20-30次次AA21封裝好的集成電路封裝好的集成電路封裝與測試業(yè)封裝與測試業(yè)22微電子科學技微電子

5、科學技術的戰(zhàn)略地位術的戰(zhàn)略地位23自然界和人類社會的一切活動都在自然界和人類社會的一切活動都在產生信息。信息是客觀事物狀態(tài)和產生信息。信息是客觀事物狀態(tài)和運動特征的一種普遍形式，運動特征的一種普遍形式，是人類是人類社會社會、經濟活動的重要資源。、經濟活動的重要資源。社會的各個部分通過網絡系統(tǒng)連接社會的各個部分通過網絡系統(tǒng)連接成一個整體，由高速大容量光線和成一個整體，由高速大容量光線和通訊衛(wèi)星群以光速和寬頻帶地傳送通訊衛(wèi)星群以光速和寬頻帶地傳送信息，從而使社會信息化、網絡化信息，從而使社會信息化、網絡化和數字化。和數字化。微電子：信息社會發(fā)展的基石微電子：信息社會發(fā)展的基石24實現社會信息化的網

6、絡及其關鍵部實現社會信息化的網絡及其關鍵部件不管是各種計算機和件不管是各種計算機和/ /或通訊機，或通訊機，它們的基礎都是它們的基礎都是微電子微電子?1946年第一臺計算機：年第一臺計算機：ENIAC25第一臺通用電第一臺通用電子計算機：子計算機：ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator1946年年2月月14日日Moore School，Univ. of Pennsylvania18,000個電子個電子管組成管組成大?。洪L大小：長24m，寬，寬6m，高，高2.5m速度：速度：5000次次/sec；重量：；重量：30噸；噸；功率：功

7、率：140KW；平均無故障運行時間：；平均無故障運行時間：7min26實現社會信息化的網絡及其關鍵部實現社會信息化的網絡及其關鍵部件不管是各種計算機和件不管是各種計算機和/ /或通訊機，或通訊機，它們的基礎都是它們的基礎都是微電子微電子?1946年第一臺計算機：年第一臺計算機：ENIAC?這樣的計算機能夠進入辦公室、車間、這樣的計算機能夠進入辦公室、車間、連隊和家庭？當時有的科學家認為全連隊和家庭？當時有的科學家認為全世界只要世界只要4臺臺ENIAC?目前，全世界計算機不包括微機在內目前，全世界計算機不包括微機在內有幾百萬臺，微機總量約有幾百萬臺，微機總量約6億臺，每年億臺，每年由計算機完成的

8、工作量超過由計算機完成的工作量超過4000億人億人年工作量年工作量27集成電路的作用集成電路的作用小型化小型化價格急劇下降價格急劇下降功耗降低功耗降低故障率降低故障率降低28?集成電路的戰(zhàn)略地位首先表現在當代集成電路的戰(zhàn)略地位首先表現在當代國民經濟的國民經濟的“食物鏈食物鏈”關系關系?進入信息進入信息化社會的判據：化社會的判據：半導體產值半導體產值占工農業(yè)總產值的占工農業(yè)總產值的0.5%29據美國半導體協(xié)會（據美國半導體協(xié)會（SIA）集成電路產值集成電路產值1萬億美元萬億美元GDP50萬億美元萬億美元2012年年30其次，統(tǒng)計數據表明，發(fā)達國家在發(fā)其次，統(tǒng)計數據表明，發(fā)達國家在發(fā)展過程中都有一

9、條規(guī)律展過程中都有一條規(guī)律?集成電路（集成電路（IC）產值的增長率（）產值的增長率（RIC）高于電）高于電子工業(yè)產值的增長率（子工業(yè)產值的增長率（REI）?電子工業(yè)產值的增長率又高于電子工業(yè)產值的增長率又高于GDP的增長率的增長率（RGDP）?一般有一個近似的關系一般有一個近似的關系 RIC1.52REI REI3RGDP31根據根據IMF RIC1.7REI REI3RGNP15%9%3%From S.M.SZE32世界世界GDPGDP增長與世界集成電路產業(yè)增長情況比較（資料來源：增長與世界集成電路產業(yè)增長情況比較（資料來源：ICEICE商業(yè)部）商業(yè)部） v抓住集成電路產業(yè)，就能促進抓住集成

10、電路產業(yè)，就能促進GDP高速增長高速增長331985-1990年間世界半導體商品市場份額年間世界半導體商品市場份額日本公司日本公司美國公司美國公司39%37.9%51.4%50%人均人均IC產值年增長率產值年增長率 人均電子工業(yè)年增長率人均電子工業(yè)年增長率 人均人均GNP年增長率年增長率 日本日本美國美國 日本日本美國美國 日本日本美國美國2.2%1.1%0.1%80年代后期年代后期-90年代初美國采取了一系列增強微電子年代初美國采取了一系列增強微電子技術創(chuàng)新和集成電路產業(yè)發(fā)展的措施，重新奪回領先技術創(chuàng)新和集成電路產業(yè)發(fā)展的措施，重新奪回領先地位。地位。90年代以來美國經濟保持持續(xù)高速增長主要

11、得年代以來美國經濟保持持續(xù)高速增長主要得益于信息產業(yè)的發(fā)展，而其基礎是集成電路產業(yè)與技益于信息產業(yè)的發(fā)展，而其基礎是集成電路產業(yè)與技術創(chuàng)新。術創(chuàng)新。v兩個例子兩個例子341990199219941996199820001416182022242628303234363840 日 本 美 國 歐 洲 亞 洲市場變化市場變化日本市場縮減日本市場縮減市場份額v90年代日本經濟蕭條的同時，集成電路市場年代日本經濟蕭條的同時，集成電路市場份額嚴重下降。份額嚴重下降。35我國臺灣地區(qū)我國臺灣地區(qū)60年代后期人均年代后期人均GDP200-300美元美元（1967年為年為267美元）美元）70-80年代大力發(fā)

12、展集成電路產業(yè)年代大力發(fā)展集成電路產業(yè)90年代年代IT業(yè)高速發(fā)展業(yè)高速發(fā)展97年人均年人均GDP=13559美元美元36 在信息經濟時代，產品，以其在信息經濟時代，產品，以其信息含量的多少及處理信息能力信息含量的多少及處理信息能力的強弱，決定著附加值的高低的強弱，決定著附加值的高低決定著在國際經濟分工中的地位決定著在國際經濟分工中的地位37 銷銷售售額額 利利潤潤 利利潤潤率率 Intel公公司司 294億億美美元元 73億億 美美元元 24.8% 我我國國一一家家以以計計算算機機銷銷售售生生產產為為主主的的IT企企業(yè)業(yè) 200億億人人民民幣幣 5億億 人人民民幣幣 2.5% 我我國國的的VC

13、D產產業(yè)業(yè) 2% 我國我國IT企業(yè)與企業(yè)與Intel公司利潤的比較公司利潤的比較同樣，同樣，TI公司的技術創(chuàng)新，數字信號處理器（公司的技術創(chuàng)新，數字信號處理器（DSP）使它的利潤率比諾基亞高出）使它的利潤率比諾基亞高出10個百分點。個百分點。38如果我們不發(fā)展集成電路產業(yè)如果我們不發(fā)展集成電路產業(yè)ITIT行業(yè)停留在裝配業(yè)水平上，掙的行業(yè)停留在裝配業(yè)水平上，掙的“辛苦錢辛苦錢”。在國際分工中我們將只能處于低附加值的低端上。在國際分工中我們將只能處于低附加值的低端上。所以有人戲稱說：所以有人戲稱說：“你們說中關村是硅谷，但是一你們說中關村是硅谷，但是一個無個無“芯芯”的硅谷，產品不可能有競爭力。的

14、硅谷，產品不可能有競爭力?！痹跊]在沒有自己集成電路產業(yè)的情況下，我們的高新技術的有自己集成電路產業(yè)的情況下，我們的高新技術的發(fā)展命脈掌握在他人手中。發(fā)展命脈掌握在他人手中。當前，微電子產業(yè)的發(fā)展規(guī)模和科學技術水平已成當前，微電子產業(yè)的發(fā)展規(guī)模和科學技術水平已成為衡量一個國家綜合實力的重要標志。為衡量一個國家綜合實力的重要標志。39幾乎所有的傳統(tǒng)產業(yè)與微電子技術結合，用幾乎所有的傳統(tǒng)產業(yè)與微電子技術結合，用集成電路芯片進行智能改造，都可以使傳統(tǒng)集成電路芯片進行智能改造，都可以使傳統(tǒng)產業(yè)重新煥發(fā)青春產業(yè)重新煥發(fā)青春?全國各行業(yè)的風機、水泵的總耗電量約占了全國各行業(yè)的風機、水泵的總耗電量約占了全國發(fā)

15、電量的全國發(fā)電量的30%，僅僅對風機、水泵采用，僅僅對風機、水泵采用變頻調速等電子技術進行改造，每年即可節(jié)變頻調速等電子技術進行改造，每年即可節(jié)電電500億度以上，相當于三個葛洲壩電站的億度以上，相當于三個葛洲壩電站的發(fā)電量發(fā)電量(157億度億度/年年)?對白熾燈進行高效節(jié)能改造，并假設推廣應對白熾燈進行高效節(jié)能改造，并假設推廣應用用30%，所節(jié)省的電能相當于三座大亞彎核，所節(jié)省的電能相當于三座大亞彎核電站的發(fā)電量電站的發(fā)電量(139億度億度/年年)微電子對傳統(tǒng)產業(yè)的滲透與帶動作用微電子對傳統(tǒng)產業(yè)的滲透與帶動作用40電子裝備更新?lián)Q代都基于微電子技術的電子裝備更新?lián)Q代都基于微電子技術的進步，其靈

16、巧（進步，其靈巧（Smart）的程度都依賴于）的程度都依賴于集成電路芯片的集成電路芯片的“智慧智慧”程度和使用程程度和使用程度度 數控機床數控機床普通機床普通機床數字化技術改造數字化技術改造價格相差價格相差10倍倍集成集成電路電路整機系統(tǒng)整機系統(tǒng)高附加值高附加值在成長期進入在成長期進入市場，增強市市場，增強市場競爭力場競爭力微電子對傳統(tǒng)產業(yè)的滲透與帶動作用微電子對傳統(tǒng)產業(yè)的滲透與帶動作用410 0500500100010001500150020002000鋼鐵鋼鐵汽車汽車彩電彩電計算機計算機集成電路集成電路對國民經濟的貢對國民經濟的貢獻率獻率沒有微電子的電子工業(yè)只能是勞動密集型的沒有微電子的電

17、子工業(yè)只能是勞動密集型的組裝業(yè)，不能形成高附加值的知識經濟，中組裝業(yè)，不能形成高附加值的知識經濟，中國的硅谷將是無芯的硅谷國的硅谷將是無芯的硅谷42微電子對國家安全與國防建設的作用微電子對國家安全與國防建設的作用武器裝備水平與社會生產力、經武器裝備水平與社會生產力、經濟基礎有密切關系濟基礎有密切關系?在農業(yè)社會：大刀長矛等冷兵器；在農業(yè)社會：大刀長矛等冷兵器；?在工業(yè)化社會：槍、炮等熱兵器在工業(yè)化社會：槍、炮等熱兵器?信息化社會：信息化社會： IC成為武器的一個成為武器的一個組成元，電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)組成元，電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)43各各類類武武器器裝裝備備經經費費預預算算中中的的電電子子含含量量* *(

18、 (單單位位：% %) ) 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 飛飛機機 37.6 40.1 40.3 39.4 39.1 38.8 37.8 38.9 39.1 導導彈彈 52.9 55.2 59.3 59.9 59.6 60.3 60.1 59.5 59.9 空空間間 59 57.6 58.8 58.9 58.8 60 60.9 61.6 61.9 艦艦船船 36.2 31.1 34.9 31.4 32.8 32.1 34.8 34.9 34 各各種種炮炮和和武武器器 15.7 17.5 19.3 19.8 20.4 20.8 20.6

19、 20.8 22.7 車車輛輛 14.3 14.4 16.4 22.8 26.6 25.8 24.8 28.4 29.4 國國防防預預算算中中的的電電子子含含量量 40.7 41.2 41.4 41.4 42 42.5 42.9 43.6 43.6 注注: *電電子子含含量量=電電子子采采購購費費+科科研研費費/國國防防武武器器裝裝備備采采購購費費+科科研研費費資資料料來來源源 微電子對國家安全與國防建設的作用微電子對國家安全與國防建設的作用44微電子對信息社會的重要性微電子對信息社會的重要性INTERNET基礎設施基礎設施?各種各樣的網絡：電纜、光纖各種各樣的網絡：電纜、光纖(光電子光電子)

20、、無線無線 .?路由和交換技術：路由和交換技術：路由器、交換機、防火墻、網路由器、交換機、防火墻、網關關 .?終端設備：終端設備：PC、NetPC、WebTV .?網絡基礎軟件：網絡基礎軟件：TCP/IP、DNS、LDAP、DCE .INTERNET服務服務?信息服務信息服務: 極其大量的各種信息極其大量的各種信息?交易服務交易服務: 高可靠、高保密高可靠、高保密 .?計算服務計算服務: “網絡就是計算機網絡就是計算機 !”, “計算機成了網絡計算機成了網絡的外部設備的外部設備 !”45市場市場 銷售額銷售額 （10 億美元）億美元） 市場市場 銷售額銷售額 （10 億美元）億美元） 手提數據

21、通訊手提數據通訊* 630 超薄顯示器超薄顯示器* 170 個人電腦個人電腦* 470 IC 卡卡* 165 移動電話服務移動電話服務* 380 地面微波廣播地面微波廣播* 160 CPU* 300 DNA 生物芯片生物芯片 160 數據存儲產品數據存儲產品* 270 多用途通訊設備多用途通訊設備* 155 磁存儲磁存儲* 250 半導體設備半導體設備* 150 電子商務電子商務* 250 電力交通工具電力交通工具 150 網絡信息服務網絡信息服務* 230 墻壁式超薄電視墻壁式超薄電視* 145 高密度磁存儲高密度磁存儲* 230 移動電話移動電話* 140 系統(tǒng)集成芯片系統(tǒng)集成芯片* 21

22、0 直接引入直接引入工具工具 140 家庭醫(yī)療設備家庭醫(yī)療設備* 210 ITS 設備設備 140 互聯(lián)網互聯(lián)網* 200 DNA 加工食品加工食品 135 有線電視有線電視* 200 液晶顯示器液晶顯示器* 120 智能傳輸系統(tǒng)智能傳輸系統(tǒng) 190 仿制品仿制品 115 代理軟件代理軟件* 180 燃油汽車燃油汽車 110 2020年世界最大的年世界最大的30個市場領域：其中與個市場領域：其中與微電子相關的微電子相關的22個市場：個市場：5萬億美元（萬億美元（Nikkei Business 1999）微電子產業(yè)的戰(zhàn)略重要性微電子產業(yè)的戰(zhàn)略重要性46微電子科學技術的微電子科學技術的發(fā)展歷史發(fā)展

23、歷史471947年年12月月23日日第一個晶體管第一個晶體管NPN Ge晶體管晶體管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain481958年第一塊集成電路：年第一塊集成電路：TI公司的公司的Kilby，12個器件，個器件，Ge晶片晶片49微電子發(fā)展史上的幾個里程碑微電子發(fā)展史上的幾個里程碑1962年年Wanlass、C. T. SahCMOS技術技術 現現在集成電路產業(yè)中占在集成電路產業(yè)中占95%以上以上1967年年Kahng、S. Sze 非揮發(fā)存儲器非揮發(fā)存儲器1968年年Dennard單晶體管單晶體管DRAM1971年年Intel公司微處理器公司微處理器計算機

24、的心臟計算機的心臟?目前全世界微機總量約目前全世界微機總量約6億臺，在美國每年由計算機完成的工作量超億臺，在美國每年由計算機完成的工作量超過過4000億人年工作量。美國歐特泰克公司認為：微處理器、寬頻道億人年工作量。美國歐特泰克公司認為：微處理器、寬頻道連接和智能軟件將是連接和智能軟件將是21世紀改變人類社會和經濟的三大技術創(chuàng)新世紀改變人類社會和經濟的三大技術創(chuàng)新50第一個第一個CPU：400451Pentium III CPU芯片芯片52?不斷提高產品的性能價格比不斷提高產品的性能價格比是微電子技術發(fā)展的動力是微電子技術發(fā)展的動力?集成電路芯片的集成電路芯片的集成度每三集成度每三年提高年提高

25、4倍，而加工特征尺倍，而加工特征尺寸縮小寸縮小 倍倍，這就是，這就是摩爾摩爾定律定律2微電子發(fā)展的規(guī)律微電子發(fā)展的規(guī)律53 基于市場競爭，不基于市場競爭，不斷提高產品的性能價格斷提高產品的性能價格比是微電子技術發(fā)展的比是微電子技術發(fā)展的動力。在新技術的推動動力。在新技術的推動下，集成電路自發(fā)明以下，集成電路自發(fā)明以來四十年，來四十年，集成電路芯集成電路芯片的集成度每三年提高片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸倍，而加工特征尺寸縮小縮小 倍。倍。這就是由這就是由Intel公司創(chuàng)始人之一公司創(chuàng)始人之一Gordon E. Moore博士博士1965年總結的規(guī)律，被年總結的規(guī)律，被稱為摩爾定律。稱

26、為摩爾定律。2 2 2 22微電子技術發(fā)展的微電子技術發(fā)展的ROADMAP SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI 元元 件件 數數 109 門門 數數 108 54微處理器的性能微處理器的性能100 G10 GGiga100 M10 MMegaKilo1970 1980 1990 2000 2010成熟期成熟期55集成電路技術是近集成電路技術是近50年來發(fā)展最快的技術年來發(fā)展最快的技術微電子技術的進步微電子技術的進步 年年份份特特征征參參數數19591970-19712000比比率率設設計計規(guī)規(guī)則則 m2580.18140電電源源電電壓壓VDD(伏伏）551.53硅硅片片直直徑徑

27、尺尺寸寸（mm）53030060集集成成度度62 1032 1093 108DRAM密密度度（bit)1K1G106微微處處理理器器時時鐘鐘頻頻率率(Hz)750K1G103平平均均晶晶體體管管價價格格$100.310-6107From S.M.SZE56集成電路市場和集成電路市場和產業(yè)結構的發(fā)展規(guī)律產業(yè)結構的發(fā)展規(guī)律市場及其發(fā)展規(guī)律市場及其發(fā)展規(guī)律產業(yè)格局與結構產業(yè)格局與結構Foundry建設建設5730多年來，集成電路市場的成長迅速，多年來，集成電路市場的成長迅速，基本上是一條指數發(fā)展規(guī)律?；旧鲜且粭l指數發(fā)展規(guī)律。資料來源：資料來源：WSTS. 00/5 制圖制圖:黃逸平、黃逸平、Mab

28、el市場及其發(fā)展規(guī)律市場及其發(fā)展規(guī)律58 同時，集成電路市場又是高度變動的同時，集成電路市場又是高度變動的,約約十年為一個漲落周期。十年為一個漲落周期。59第一個周期第一個周期(1975-1984，CAGR=20.4%): 電腦和消費類電子電腦和消費類電子; 4 和和5 ; 產值在幾百產值在幾百億美元國防工業(yè)、工作站、大型億美元國防工業(yè)、工作站、大型第二個周期第二個周期(1985-1995，CAGR=20.8%): 中小型電腦、中小型電腦、PC機；機；8 ；產值突破；產值突破1000億美元億美元第三個周期第三個周期(1996-2005，CAGR=15.6%): 除除PC機外，網絡和通訊裝備，特

29、別是移機外，網絡和通訊裝備，特別是移動通訊裝備動通訊裝備; 8 和和12 ; 產值產值3000億美元億美元601998-2003年世界及四大市場年世界及四大市場IC增長率和份額統(tǒng)計增長率和份額統(tǒng)計/預測表預測表-20.00%-20.00%-10.00%-10.00%0.00%0.00%10.00%10.00%20.00%20.00%30.00%30.00%40.00%40.00%19971997199819981999199920002000200120012002200220032003亞太亞太美國美國歐洲歐洲日本日本全球全球市場增長率市場增長率亞太地區(qū)第一亞太地區(qū)第一0%0%5%5%10%

30、10%15%15%20%20%25%25%30%30%35%35%19971997199819981999199920002000200120012002200220032003亞太亞太歐洲歐洲日本日本美國美國市場份額市場份額亞太地區(qū)僅次于美國亞太地區(qū)僅次于美國6121世紀，要求移動處理信息，隨時隨地獲世紀，要求移動處理信息，隨時隨地獲取信息、處理信息成為把握先機而制勝的取信息、處理信息成為把握先機而制勝的武器。武器。如果前如果前20年年PC是集成電路發(fā)展的驅動器的是集成電路發(fā)展的驅動器的話，后話，后20年除年除PC要繼續(xù)發(fā)展外，主要驅動要繼續(xù)發(fā)展外，主要驅動器應該是器應該是與與Interne

31、t結合的可移動結合的可移動（Mobile)、袖珍的（、袖珍的（Portable) 實時信息實時信息處理設備。處理設備。核心電路是數字信號處理器（核心電路是數字信號處理器（DSP-Digital Signal Processor)62產業(yè)格局與產業(yè)結構產業(yè)格局與產業(yè)結構集成電路的生命力在于集成電路的生命力在于它可以大批量、低成本和它可以大批量、低成本和高可靠地生產出來。高可靠地生產出來。?集成電路芯片價格：集成電路芯片價格：101 102美元美元?生產線的投資：生產線的投資： 109美元美元 （8”、0.25微米）微米）?要想贏利：年產量要想贏利：年產量108集成電路芯片是整機高附加值的倍增器，

32、但不是集成電路芯片是整機高附加值的倍增器，但不是最終產品，如果不能在整機和系統(tǒng)中應用，那它最終產品，如果不能在整機和系統(tǒng)中應用，那它就沒有價值和高附加值就沒有價值和高附加值決定集成電路產業(yè)的建設必須首先考慮整機和系決定集成電路產業(yè)的建設必須首先考慮整機和系統(tǒng)應用的發(fā)展，即統(tǒng)應用的發(fā)展，即市場的需求市場的需求63集成電路芯片生產廠大致上可分為三類集成電路芯片生產廠大致上可分為三類?通用電路生產廠，典型通用電路生產廠，典型生產存儲器和生產存儲器和CPU?集成器件制造商集成器件制造商(IDMIntegrated Device Manufactory Co.), 產品主要用于自己的整機和系產品主要用于

33、自己的整機和系統(tǒng)統(tǒng)?標準工藝加工廠或稱代客加工廠，即標準工藝加工廠或稱代客加工廠，即FoundryFoundry名詞來源于加工廠的鑄造車間，無自名詞來源于加工廠的鑄造車間，無自己產品己產品 優(yōu)良的加工技術優(yōu)良的加工技術(包括設計和制造包括設計和制造)及優(yōu)質的服及優(yōu)質的服務為客戶提供加工服務務為客戶提供加工服務客戶群初期多為沒有生產線的設計公司，但客戶群初期多為沒有生產線的設計公司，但是隨著技術的發(fā)展，現在許多是隨著技術的發(fā)展，現在許多IDM公司也將相公司也將相當多的業(yè)務交給當多的業(yè)務交給Foundry加工加工64資料來源： Digitimes整理 2000/ 制圖：李柏毅、Mabel前兩類廠家

34、，前兩類廠家，IDM與整機、系統(tǒng)用戶相結合，與整機、系統(tǒng)用戶相結合，相對分散設計；以標準工相對分散設計；以標準工藝（標準單元庫和藝（標準單元庫和IP庫）庫）為接口，相對集中加工。為接口，相對集中加工。這就導致了這就導致了Fabless Co. 和和Foundry的出現。的出現。IP模塊和模塊和Chipless Co.出現出現 19801980 1990 集成電路產業(yè)的發(fā)展是市場牽引和技術推動的結果。集成電路產業(yè)的發(fā)展是市場牽引和技術推動的結果。不同的產業(yè)發(fā)展階段，產業(yè)結構可以有不同的形式不同的產業(yè)發(fā)展階段，產業(yè)結構可以有不同的形式IC(IDM)制造商制造商通用電路通用電路制造商制造商65集成電

35、路設計滯后現象集成電路設計滯后現象0.010.11101980198519901995200020052010微米微米芯片復雜度芯片復雜度柵長柵長58%/年年20%/人年人年設計產率設計產率差距增大差距增大10G1G100M10M1M100K10K1K集成電路設計能力增長不能跟上芯片復雜度的增長速集成電路設計能力增長不能跟上芯片復雜度的增長速率率66資料來源： Digitimes整理 2000/ 制圖：李柏毅、Mabel前兩類廠家，前兩類廠家，IDM與整機、系統(tǒng)用戶相結合，與整機、系統(tǒng)用戶相結合，相對分散設計；以標準工相對分散設計；以標準工藝（標準單元庫和藝（標準單元庫和IP庫）庫）為接口，相

36、對集中加工。為接口，相對集中加工。這就導致了這就導致了Fabless Co. 和和Foundry的出現。的出現。IP模塊和模塊和Chipless Co.出現出現集成電路產業(yè)的發(fā)展是市場牽引和技術推動的結果。不集成電路產業(yè)的發(fā)展是市場牽引和技術推動的結果。不同的產業(yè)發(fā)展階段，產業(yè)結構可以有不同的形式同的產業(yè)發(fā)展階段，產業(yè)結構可以有不同的形式IC(IDM)制造商制造商通用電路通用電路制造商制造商IP：知識產權：知識產權(Intellectual Property) 19801980 199067Foundry功能要求功能要求行為級行為級多工藝模塊多工藝模塊 p、DSP、E2PROM & F

37、lash、A/D、D/AWafer級級封裝后封裝后成品級成品級邏輯級邏輯級版圖級版圖級MASK研究開發(fā)支持研究開發(fā)支持 Foundry建設建設Foundry的建設必須采用系統(tǒng)工程的方法的建設必須采用系統(tǒng)工程的方法基本特征：基本特征：68隨技術進步，建廠費用呈指數增加，這時必隨技術進步，建廠費用呈指數增加，這時必然出現兩種趨向：然出現兩種趨向：?各相關公司聯(lián)合建廠各相關公司聯(lián)合建廠IBM、Infineon與與UMC的聯(lián)合的聯(lián)合?將更多業(yè)務交給將更多業(yè)務交給Foundry，降低成本，降低成本Motorola已經表示到已經表示到2001年，將有年，將有50%以上的以上的產能需從外部提供產能需從外部提

38、供日本日本Kawasaki公司取消他們計劃建設的公司取消他們計劃建設的0.18 m的工廠，代之以與的工廠，代之以與Foundry的合作的合作6967%13%18%2%AsiaNorthAmericaJapanEurope 2000年年Foundry業(yè)務地區(qū)分布業(yè)務地區(qū)分布（Semico Research Corp., 2-2000,counrtesy of Amkor Wafer Fabrication Services）70Foundry類加工芯片數量占世界集成電路芯片總產量的比例類加工芯片數量占世界集成電路芯片總產量的比例（資料來源：（資料來源：Dataquest）0%0%5%5%10%1

39、0%15%15%20%20%25%25%30%30%35%35%40%40%45%45%50%50%1999199920122012因此美國著名的預測與咨詢公司因此美國著名的預測與咨詢公司Dataguest： 未來屬于未來屬于Foundry71我國微電子我國微電子發(fā)展概況發(fā)展概況72我國微電子學的歷史我國微電子學的歷史1956年年5所學校在北大聯(lián)合創(chuàng)建半導體所學校在北大聯(lián)合創(chuàng)建半導體專業(yè)專業(yè)?北京大學、復旦大學、東北人民大學、廈北京大學、復旦大學、東北人民大學、廈門大學、南京大學門大學、南京大學1977年在北京大學誕生第一塊大規(guī)模集年在北京大學誕生第一塊大規(guī)模集成電路成電路73我國微電子學的歷

40、史我國微電子學的歷史1982年，成立電子計算機和大規(guī)模集年，成立電子計算機和大規(guī)模集成電路領導小組成電路領導小組80年代：初步形成三業(yè)分離的狀態(tài)年代：初步形成三業(yè)分離的狀態(tài)?制造業(yè)制造業(yè)?設計業(yè)設計業(yè)?封裝業(yè)封裝業(yè)74我國年微電子發(fā)展展望我國年微電子發(fā)展展望我國我國IC骨干企業(yè)地區(qū)分布及銷售情況骨干企業(yè)地區(qū)分布及銷售情況67%67%17%17%13%13%3%3%上海上海江蘇江蘇北京北京浙江浙江75我國年微電子發(fā)展展望我國年微電子發(fā)展展望上海上海IC產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標年份年份2000200520102015 15年合計年合計銷售收入銷售收入(億美元億美元)730165500230

41、05年平均年增長率（年平均年增長率（%）34412533國內國內IC應用市場占有率應用市場占有率2%9%30%50%國際市場占有率國際市場占有率0.43%1%3%5%生產線技術水平生產線技術水平8/0.358/0.1812/0.1012/0.05 到到2010年總投資量年總投資量600億美元，建成億美元，建成20 40條條生產線，生產線，200個設計公司及個設計公司及20家封裝家封裝/測試廠測試廠 帶動上海帶動上海700億美元相關產業(yè)發(fā)展，成為第一億美元相關產業(yè)發(fā)展，成為第一大產業(yè)大產業(yè)76我國年微電子發(fā)展展望我國年微電子發(fā)展展望北京北京?10 20條集成電路生產線條集成電路生產線?零地租零地租?政府跟進投資政府跟進投資天津天津深圳深圳77微電子：微電子：電子信息產業(yè)的核心和基礎電子信息產業(yè)的核心和基礎我國微電子產業(yè)進入高速發(fā)展時期我國微電子產業(yè)進入高速發(fā)展時期0 050050010001000150015002000200025002500300030003500350019991999200220022005200520102010今后8年今后8年今后3年今后3年近3年近3年99年以前99年以前億元億元年年中國集成電中國集成電路產業(yè)的累路產業(yè)的累計投資額計投資