微電子産業概述

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1、會計學1微電子産業概述微電子産業概述從上圖中可以得知： 電子工業和半導體工業已經超過傳統的鋼鐵工業、汽車工業，成為21世紀的高附加值、高科技的産業。電子工業的高速發展依賴于半導體工業的快速提高，而在半導體工業中其核心是集成電路（電集成、光集成、光電集成電集成、光集成、光電集成），集成電路在性能、集成度、速度等方面的快速發展是以半導體物理、半導體器件、半導體制造工藝的發展為基礎的。核心是：集成電路集成電路【 ：IC】 通過一系列特定的平面制造工藝，将晶體管、二極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關系，“集成”在一塊半導體單晶片上，并封裝在一個

2、保護外殼内，能執行特定的功能複雜電子系統。 半導體器件物理為其提供了基礎知識，是半導體工業的發展平台。進入信息化社會的判據：半導體産值占工農業總産值的進入信息化社會的判據：半導體産值占工農業總産值的0.5%。據美國半導體協會（據美國半導體協會（）預測）預測 電子信息服務業電子信息服務業 30萬億美元萬億美元相當于相當于1997年全世界年全世界GDP總和總和電子裝備電子裝備 6-8萬億元萬億元集成電路産值集成電路産值1萬億美元萬億美元GDP50萬億美元萬億美元2012年年中國IT企業與Intel公司利潤的比較同樣，同樣，TI公司的技術創新，數字信号處理器（公司的技術創新，數字信号處理

3、器（DSP）使它的利潤率比）使它的利潤率比諾基亞高出諾基亞高出10個百分點。個百分點。微電子對傳統産業的滲透與帶動作用微電子對傳統産業的滲透與帶動作用2020年世界最大的30個市場領域：其中與微電子相關的22個市場：5萬億美元（ 1999）是否回答你的疑問？是否回答你的疑問？ 矽片矽片: :制造集成電路的基本半導體材料是圓形矽單晶薄片，制造集成電路的基本半導體材料是圓形矽單晶薄片，稱為稱為矽片矽片（業界俗稱（業界俗稱晶圓片晶圓片或或晶圓晶圓- Wafer）。）。 芯片芯片: :在矽片制造廠，由矽片生産的半導體産品，稱為在矽片

4、制造廠，由矽片生産的半導體産品，稱為芯片芯片或或微芯片微芯片( () )。 1.2 1.2 微電子産業發展史微電子産業發展史真空電子管的發明真空電子管的發明 放大電子信号的真空三極管是由Lee De 于1906年發明的。真空三極管由三個部件構成，在一個抽空氣體的玻璃容器中分别封入兩個電極（陰極和屏極）和一個栅極。為了使部件不被燒毀，同時還要保證電子能夠在電極間的傳輸，必須采用真空無線電通信、一種相對新的材料，稱為矽的單晶體，在20世紀初曾被用于将無線電通信訊号從交流轉換為直流。第一個平面晶體三級管 Noyce(Intel)Clair Kilby (TI)

5、第一台計算機 ,000個元件費用：7,470$ENIAC - 第一台電子計算機(1946)Intel 4004 Micro- MHz (IV) 體系架構：90納米制程二級高速緩存：2MB三級高速緩存：無 主頻速率： 3.73 GHz時鐘速度：3.73 GHz 前端總線：1066 的雙核心處理器龍芯一号（神州龍芯公司）基于0.18微米CMOS工，32位微處理器。支持最新版

6、本的Linux、， CE等操作系統。可廣泛應用于工業控制、信息家電、通訊、網絡設備、PDA、網絡終端、存儲服務器、安全服務器等産品上。 方舟科技的CPU 北大衆志的CPU6 VIA C3處理器Rise Rise mP6 IBM 0.13m IV 内核 1965, Intel的創始人之一 Moore在他的論文“ more onto ”裡預言：每18個月芯片集成度增加一倍。 30年來這個預言基本正确，普遍認為這個

7、定律可以适用到2010年。 2002年達到每個芯片100,000,000個晶體管。 2010年達到每個芯片1,000,000,000個晶體管。在1974年第九期的IEEE of Solid-State 期刊上，提出了器件等比例縮小定律。基本思想：MOS器件的橫向縱向尺寸（溝道長、寬度等橫向尺寸和栅層厚度、結深等縱向尺寸）按一定比例K縮小，單位面積上的功耗可保持不變；這時器件所占的面積（因而成本）可随之縮小K2倍，器件性能可提高K3倍。所以器件越小，同樣面積芯片可集成更多、更好的器件，低了器件相對成本。這是摩爾定律的物理基礎，也正是這種物理特性，刺激

8、了加速的技術創新。 最初的器件等三種形式的器件等比例縮小。比例縮小要求電壓也減小，這就帶來了器件的不穩定性問題微電子，為了解決此問題，提出了修改的器件等比例縮小。 很多重要的半導體技術其實是由多個以前發明的工藝技術延伸而來的。例如1798年就已經發明了圖形曝光工藝，隻是當初影像圖形是從石片轉移過來的。将叙述各種首次被應用到半導體工藝或制作半導體器件而被研發出來的具有裡程碑意義的技術。具有裡程碑意義的技術器件尺寸等比例縮小後，要求開發新的技術，工業界認為三個關鍵的技術是：溝槽式隔離（ ）、化學機械抛光(- ，CMP)和

9、銅布線1.31.3我國微電子産業的現狀和前景我國微電子産業的現狀和前景 微電子技術是高科技和信息産業的核心技術，微電子産業是基礎性産業，之所以發展得如此之快，除了技術本身對國民經濟的巨大貢獻之外，還與它極強的滲透性有關。另外，現代戰争将是以集成電路為關鍵技術，以電子戰和信息戰為特點的高技術戰争。 國際微電子發展的趨勢是集成電路的特征尺寸将繼續縮小，集成電路(IC)将發展為系統芯片(SOC)。微電子技術和其他學科相結合将産生很多新的學科生長點，與其他産業結合成為經濟增長點。芯片是信息時代最重要的基礎産品之一，如果把石油比作傳統工業血液的話，那麼芯片則是信息時代IT産業的心髒和大腦。無論是小到日常

10、生活的電視機、VCD機、洗衣機、移動電話、計算機等家用消費品，還是大到傳統工業的各類數控機床和國防工業的導彈、衛星、火箭、軍艦等都離不開這小小的芯片。 我國在芯片領域可以用起了個大早、趕了個晚集來形容。 早在1965年，我國的集成電路就開始起步，而此時世界上最著名的芯片制造商英特爾還沒有成立。由于體制等衆多的原因，我國在這一領域與國外差距越來越大。從市場份額來看，2002年國産芯片年銷售額為130.3億元，占世界芯片産量的0.7%左右；從技術上看，總體上還有兩代左右的差距。2002年，我國芯片自給率才25%，其他75%均需要進口，進口集成電路耗資33.6億美元，特别是技術含量高的産品，基本上依

11、靠進口。 芯片産業在我國可謂前景誘人，專家預測，2010年我國芯片總需求将達到500億美元，成為全球最大的集成電路市場之一，到那時，每年進口集成電路将從現在的201億塊，上升到600億塊，相當于現有生産能力的20倍。如此巨大的市場使跨國公司紛紛将投資的觸角伸向中國這一領域。如何抓住當前世界微電子産業發展的機遇，在世界範圍内積極争取技術、資金和管理要素投入中國，成為當前我國有關部門十分關注的問題。我國微電子行業存在的主要問題第一，缺乏高标準、可持續發展的長遠規劃和措施，以及建立微電子産業群體的目标。第二，機制上不适應微電子産業自身發展的要求。我國微電子産業投資方式單一，投資和其他政策方面的決策太

12、慢，使發展滞後。科研和産業脫節，而且産業投資和科研、開發投資嚴重不足。第三，缺乏系統的市場戰略，國内市場被國外大公司瓜分。對于有戰略意義而且量大面廣的産品，如中央處理器(CPU)、存儲器等關鍵芯片，雖然在技術上有重大的突破，但市場開發沒有給予足夠的重視，自主研制開發的力量和資金投入還不夠。整機設計開發與芯片廠脫節，産品不能配套生産。第四，給予的優惠政策還遠遠不夠。微電子産業的主要生産設備均要從國外進口，而且占投資的大部分，但進口設備的平均關稅約8%，進口設備增值稅=(進口設備合同價格+關稅)增值稅率，增值稅率為17%，這樣進口設備關稅加增值稅約28%，稅率太高，不利于微電子産業的發展。第五，缺

13、乏留住人才的政策，緻使有用的人才流向國外或國内的外資企業。微電子産業是技術密集型産業，吸引人才、留住人才特别重要，像華越、華大、華虹等這樣的國有背景微電子企業，還受到工資總額限制，很難給人才提高待遇，緻使很多人才流失。第六，微電子産業規模太小，沒有大的企業集團，缺乏抗風險能力。2000年全球前四家半導體企業的銷售額均超過100億美元。去年英特爾公司達到了234億美元，而我國整個國産芯片的總銷售額也隻有130億元人民币，相距甚遠矽片制造工藝流程，光刻為核心提煉多晶矽提煉多晶矽單晶矽生長單晶矽生長集成電路制造集成電路制造封裝（封裝（）從石英砂到多晶矽（從石英砂到多晶矽（poly cr

14、 ）從多晶矽到單晶矽（從多晶矽到單晶矽（ ），然後），然後切成矽片（切成矽片（ wafer）在矽片上制作集成電路（在矽片上制作集成電路（ ）對芯片實行保護和引腳加固對芯片實行保護和引腳加固電阻分壓器示意圖。電阻分壓器示意圖。A圖為電路圖；圖為電路圖；B圖為物理版圖圖為物理版圖集成電路制備流程（以矽片為例）集成電路制備流程（以矽片為例）電阻集成電路的制造工藝流程電阻集成電路的制造工藝流程半導體制造企業可劃分為2類：設計設計/制造企業：制造企業：許多企業都集合了芯片設

15、計和芯片制造，從芯片的前端設計到後端加工都在企業内部完成。Intel、IBM、、、Hynix、、 、等。代工企業：代工企業：在芯片制造業中，有一類特殊的企業，專門為其他芯片設計企業制造芯片，這類企業稱為晶圓代工廠（）。代工的出現是由于現代技術的飛速發展，越來越多的技術需要更加細緻的分工，這樣可以部分降低企業的成本或風險。比如顯卡和主闆，它的核心是圖形處理器和芯片組，是由象、ATI， INTEL、 AMD、 VIA、SIS、ALI等一些頂級的芯片研發公司設計出來，然後委托給某

16、些工廠加工成芯片和芯片組。 台積電（TSMC）：如ATI和公司設計的圖形處理芯片，或者VIA，SIS，ALI設計的主闆南北橋芯片組基本都是由TSMC和UMC這兩家公司負責生産。TSMC是由台灣“半導體教父”張忠謀先生創建。 台聯電（UMC）：1980年，島内第一家集成電路公司。在曹興誠的帶領下，如今聯電已成為僅次于台積電的台灣第二大半導體企業，同時也是世界上第二大專業芯片代工廠。中芯國際（SMIC）：中芯國際成立于2000年，公司總部位于中國上海，擁有三座芯片代工廠，包括一座後段銅制程代工廠。技術能力包括邏輯電路、混合信号 /射頻電路、高壓電路、系統級芯片、嵌入式及其他存儲器, 矽

17、基液晶和影像感測器等。上海宏力(GSMC)：宏力于2000年11月18日奠基，一期項目總投資為16.3億美元，目前已建成兩座12吋規格的廠房，其中一廠A線(8吋線)已投入生産，預計2004年下半年月生産能力可達27,000片八吋矽片，技術水平将達0.13微米。和艦科技（HJTC）:和艦于2001年11月斥資15億美元建立，坐落于風景優美、馳名中外的“人間天堂”-蘇州工業園區，占地1.3平方公裡，是一家具有雄厚外資，制造尖端集成電路的一流晶圓專工企業。裝配和封裝過程是取出性能良好的器件，将他們放入管殼，用引線将器件上的壓點與管殼上的電極互相連接起來。封裝為 芯片提供一種保護并将它粘貼到更高級裝配

18、闆上的措施。按集成電路規模分類按集成電路規模分類 自從進入微電子時代之後，集成電路的最小線寬或最小特征尺寸(CD)以每年13%的速度縮小。在這一速度下微電子，2010年時最小特征尺寸會縮小到50nm。器件微小化結果，可以降低每種電路功能的單位成本(unit cost)。例如，對持續推進的新一代的動态随機存儲器而言，每個存儲器位的成本每年就減少了一半，當器件的尺寸縮小時，本征開關時間( time )也随之減少。器件速度從1959年以來，加快了四個次方，變快的速度也擴展了集成電路的功能性産生速度( rate)。未來數字集成電

19、路可以以每秒一兆位的速率進行信息處理和數值分析。器件變的越小，其所消耗的功率也越少，所以器件微小化也可以降低每次開關操作所需要的能量。從1959年至今，每個數字栅極的能量耗損已經減少了超過100萬倍。從1978年動态随機存儲器初次批量生産到1999年止，實際動态随機存儲器的密度呈指數上升，每18個月密度就增加兩，照這個速度下去，可以預期在2005年時，動态随機存儲器的密度會達到80億，2012年時則達640億位。微處理器運算能力随時間按指數增加，同樣也是每18個月增加兩倍的速率。目前一個奔騰()系列的個人電腦和60年代晚期的超級電腦克菜一型(CRAYl)有相同的運算能力，但它的體

20、積卻為原先的千分之一；如果按這個趨勢繼續下去，我們預期的微處理器将在2010年問世。在現代電子時代初期(1950-1970年)雙極型晶體管是技術的驅動力；1970-1990年，因為個人電腦和先進電子系統的快速成長，動态随機存儲器和以為主的微處理器扮演了技術驅動力的角色；1990年以後，因便攜式電子系統的快速成長，非揮發性半導體存儲器成為技術的驅動力。特征尺寸特征尺寸一般指半導體集成電路中的最小線寬，或一般指半導體集成電路中的最小線寬，或者是者是MOS晶體管中的栅長。晶體管中的栅長。現代半導體工業的發展趨勢：現代半導體工業的發展趨勢：特征尺寸減少特征尺寸減少和和矽片直徑

21、增大矽片直徑增大特征尺寸減小特征尺寸減小運算速度更快運算速度更快集成度越高集成度越高成本越低成本越低矽片直徑增大矽片直徑增大更換設備費用高更換設備費用高成本越低成本越低進入信息化社會的判據：半導體産值占工農業總産值的進入信息化社會的判據：半導體産值占工農業總産值的0.5%。 國際微電子發展的趨勢是集成電路的特征尺寸将繼續縮小，集成電路(IC)将發展為系統芯片(SOC)。微電子技術和其他學科相結合将産生很多新的學科生長點，與其他産業結合成為經濟增長點。芯片是信息時代最重要的基礎産品之一，如果把石油比作傳統工業血液的話，那麼芯片則是信息時代IT産業的心髒和大腦。無論是小到日常生活的電視機、VCD機、洗衣機、移動電話、計算機等家用消費品，還是大到傳統工業的各類數控機床和國防工業的導彈、衛星、火箭、軍艦等都離不開這小小的芯片。按集成電路規模分類按集成電路規模分類