微电子产业概述

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1、会计学1微电子产业概述微电子产业概述从上图中可以得知： 电子工业和半导体工业已经超过传统的钢铁工业、汽车工业，成为21世纪的高附加值、高科技的产业。电子工业的高速发展依赖于半导体工业的快速提高，而在半导体工业中其核心是集成电路（电集成、光集成、光电集成电集成、光集成、光电集成），集成电路在性能、集成度、速度等方面的快速发展是以半导体物理、半导体器件、半导体制造工艺的发展为基础的。核心是：集成电路集成电路【 ：IC】 通过一系列特定的平面制造工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连关系，“集成”在一块半导体单晶片上，并封装在一个

2、保护外壳内，能执行特定的功能复杂电子系统。 半导体器件物理为其提供了基础知识，是半导体工业的发展平台。进入信息化社会的判据：半导体产值占工农业总产值的进入信息化社会的判据：半导体产值占工农业总产值的0.5%。据美国半导体协会（据美国半导体协会（）预测）预测 电子信息服务业电子信息服务业 30万亿美元万亿美元相当于相当于1997年全世界年全世界GDP总和总和电子装备电子装备 6-8万亿元万亿元集成电路产值集成电路产值1万亿美元万亿美元GDP50万亿美元万亿美元2012年年中国IT企业与Intel公司利润的比较同样，同样，TI公司的技术创新，数字信号处理器（公司的技术创新，数字信号处理

3、器（DSP）使它的利润率比）使它的利润率比诺基亚高出诺基亚高出10个百分点。个百分点。微电子对传统产业的渗透与带动作用微电子对传统产业的渗透与带动作用2020年世界最大的30个市场领域：其中与微电子相关的22个市场：5万亿美元（ 1999）是否回答你的疑问？是否回答你的疑问？ 硅片硅片: :制造集成电路的基本半导体材料是圆形硅单晶薄片，制造集成电路的基本半导体材料是圆形硅单晶薄片，称为称为硅片硅片（业界俗称（业界俗称晶圆片晶圆片或或晶圆晶圆- Wafer）。）。 芯片芯片: :在硅片制造厂，由硅片生产的半导体产品，称为在硅片

4、制造厂，由硅片生产的半导体产品，称为芯片芯片或或微芯片微芯片( () )。 1.2 1.2 微电子产业发展史微电子产业发展史真空电子管的发明真空电子管的发明 放大电子信号的真空三极管是由Lee De 于1906年发明的。真空三极管由三个部件构成，在一个抽空气体的玻璃容器中分别封入两个电极（阴极和屏极）和一个栅极。为了使部件不被烧毁，同时还要保证电子能够在电极间的传输，必须采用真空无线电通信、一种相对新的材料，称为硅的单晶体，在20世纪初曾被用于将无线电通信讯号从交流转换为直流。第一个平面晶体三级管 Noyce(Intel)Clair Kilby (TI)

5、第一台计算机 ,000个元件费用：7,470$ENIAC - 第一台电子计算机(1946)Intel 4004 Micro- MHz (IV) 体系架构：90纳米制程二级高速缓存：2MB三级高速缓存：无 主频速率： 3.73 GHz时钟速度：3.73 GHz 前端总线：1066 的双核心处理器龙芯一号（神州龙芯公司）基于0.18微米CMOS工，32位微处理器。支持最新版

6、本的Linux、， CE等操作系统。可广泛应用于工业控制、信息家电、通讯、网络设备、PDA、网络终端、存储服务器、安全服务器等产品上。 方舟科技的CPU 北大众志的CPU6 VIA C3处理器Rise Rise mP6 IBM 0.13m IV 内核 1965, Intel的创始人之一 Moore在他的论文“ more onto ”里预言：每18个月芯片集成度增加一倍。 30年来这个预言基本正确，普遍认为这个

7、定律可以适用到2010年。 2002年达到每个芯片100,000,000个晶体管。 2010年达到每个芯片1,000,000,000个晶体管。在1974年第九期的IEEE of Solid-State 期刊上，提出了器件等比例缩小定律。基本思想：MOS器件的横向纵向尺寸（沟道长、宽度等横向尺寸和栅层厚度、结深等纵向尺寸）按一定比例K缩小，单位面积上的功耗可保持不变；这时器件所占的面积（因而成本）可随之缩小K2倍，器件性能可提高K3倍。所以器件越小，同样面积芯片可集成更多、更好的器件，低了器件相对成本。这是摩尔定律的物理基础，也正是这种物理特性，刺激

8、了加速的技术创新。 最初的器件等三种形式的器件等比例缩小。比例缩小要求电压也减小，这就带来了器件的不稳定性问题微电子，为了解决此问题，提出了修改的器件等比例缩小。 很多重要的半导体技术其实是由多个以前发明的工艺技术延伸而来的。例如1798年就已经发明了图形曝光工艺，只是当初影像图形是从石片转移过来的。将叙述各种首次被应用到半导体工艺或制作半导体器件而被研发出来的具有里程碑意义的技术。具有里程碑意义的技术器件尺寸等比例缩小后，要求开发新的技术，工业界认为三个关键的技术是：沟槽式隔离（ ）、化学机械抛光(- ，CMP)和

9、铜布线1.31.3我国微电子产业的现状和前景我国微电子产业的现状和前景 微电子技术是高科技和信息产业的核心技术，微电子产业是基础性产业，之所以发展得如此之快，除了技术本身对国民经济的巨大贡献之外，还与它极强的渗透性有关。另外，现代战争将是以集成电路为关键技术，以电子战和信息战为特点的高技术战争。 国际微电子发展的趋势是集成电路的特征尺寸将继续缩小，集成电路(IC)将发展为系统芯片(SOC)。微电子技术和其他学科相结合将产生很多新的学科生长点，与其他产业结合成为经济增长点。芯片是信息时代最重要的基础产品之一，如果把石油比作传统工业血液的话，那么芯片则是信息时代IT产业的心脏和大脑。无论是小到日常

10、生活的电视机、VCD机、洗衣机、移动电话、计算机等家用消费品，还是大到传统工业的各类数控机床和国防工业的导弹、卫星、火箭、军舰等都离不开这小小的芯片。 我国在芯片领域可以用起了个大早、赶了个晚集来形容。 早在1965年，我国的集成电路就开始起步，而此时世界上最著名的芯片制造商英特尔还没有成立。由于体制等众多的原因，我国在这一领域与国外差距越来越大。从市场份额来看，2002年国产芯片年销售额为130.3亿元，占世界芯片产量的0.7%左右；从技术上看，总体上还有两代左右的差距。2002年，我国芯片自给率才25%，其他75%均需要进口，进口集成电路耗资33.6亿美元，特别是技术含量高的产品，基本上依

11、靠进口。 芯片产业在我国可谓前景诱人，专家预测，2010年我国芯片总需求将达到500亿美元，成为全球最大的集成电路市场之一，到那时，每年进口集成电路将从现在的201亿块，上升到600亿块，相当于现有生产能力的20倍。如此巨大的市场使跨国公司纷纷将投资的触角伸向中国这一领域。如何抓住当前世界微电子产业发展的机遇，在世界范围内积极争取技术、资金和管理要素投入中国，成为当前我国有关部门十分关注的问题。我国微电子行业存在的主要问题第一，缺乏高标准、可持续发展的长远规划和措施，以及建立微电子产业群体的目标。第二，机制上不适应微电子产业自身发展的要求。我国微电子产业投资方式单一，投资和其他政策方面的决策太

12、慢，使发展滞后。科研和产业脱节，而且产业投资和科研、开发投资严重不足。第三，缺乏系统的市场战略，国内市场被国外大公司瓜分。对于有战略意义而且量大面广的产品，如中央处理器(CPU)、存储器等关键芯片，虽然在技术上有重大的突破，但市场开发没有给予足够的重视，自主研制开发的力量和资金投入还不够。整机设计开发与芯片厂脱节，产品不能配套生产。第四，给予的优惠政策还远远不够。微电子产业的主要生产设备均要从国外进口，而且占投资的大部分，但进口设备的平均关税约8%，进口设备增值税=(进口设备合同价格+关税)增值税率，增值税率为17%，这样进口设备关税加增值税约28%，税率太高，不利于微电子产业的发展。第五，缺

13、乏留住人才的政策，致使有用的人才流向国外或国内的外资企业。微电子产业是技术密集型产业，吸引人才、留住人才特别重要，像华越、华大、华虹等这样的国有背景微电子企业，还受到工资总额限制，很难给人才提高待遇，致使很多人才流失。第六，微电子产业规模太小，没有大的企业集团，缺乏抗风险能力。2000年全球前四家半导体企业的销售额均超过100亿美元。去年英特尔公司达到了234亿美元，而我国整个国产芯片的总销售额也只有130亿元人民币，相距甚远硅片制造工艺流程，光刻为核心提炼多晶硅提炼多晶硅单晶硅生长单晶硅生长集成电路制造集成电路制造封装（封装（）从石英砂到多晶硅（从石英砂到多晶硅（poly cr

14、 ）从多晶硅到单晶硅（从多晶硅到单晶硅（ ），然后），然后切成硅片（切成硅片（ wafer）在硅片上制作集成电路（在硅片上制作集成电路（ ）对芯片实行保护和引脚加固对芯片实行保护和引脚加固电阻分压器示意图。电阻分压器示意图。A图为电路图；图为电路图；B图为物理版图图为物理版图集成电路制备流程（以硅片为例）集成电路制备流程（以硅片为例）电阻集成电路的制造工艺流程电阻集成电路的制造工艺流程半导体制造企业可划分为2类：设计设计/制造企业：制造企业：许多企业都集合了芯片设

15、计和芯片制造，从芯片的前端设计到后端加工都在企业内部完成。Intel、IBM、、、Hynix、、 、等。代工企业：代工企业：在芯片制造业中，有一类特殊的企业，专门为其他芯片设计企业制造芯片，这类企业称为晶圆代工厂（）。代工的出现是由于现代技术的飞速发展，越来越多的技术需要更加细致的分工，这样可以部分降低企业的成本或风险。比如显卡和主板，它的核心是图形处理器和芯片组，是由象、ATI， INTEL、 AMD、 VIA、SIS、ALI等一些顶级的芯片研发公司设计出来，然后委托给某

16、些工厂加工成芯片和芯片组。 台积电（TSMC）：如ATI和公司设计的图形处理芯片，或者VIA，SIS，ALI设计的主板南北桥芯片组基本都是由TSMC和UMC这两家公司负责生产。TSMC是由台湾“半导体教父”张忠谋先生创建。 台联电（UMC）：1980年，岛内第一家集成电路公司。在曹兴诚的带领下，如今联电已成为仅次于台积电的台湾第二大半导体企业，同时也是世界上第二大专业芯片代工厂。中芯国际（SMIC）：中芯国际成立于2000年，公司总部位于中国上海，拥有三座芯片代工厂，包括一座后段铜制程代工厂。技术能力包括逻辑电路、混合信号 /射频电路、高压电路、系统级芯片、嵌入式及其他存储器, 硅

17、基液晶和影像感测器等。上海宏力(GSMC)：宏力于2000年11月18日奠基，一期项目总投资为16.3亿美元，目前已建成两座12吋规格的厂房，其中一厂A线(8吋线)已投入生产，预计2004年下半年月生产能力可达27,000片八吋硅片，技术水平将达0.13微米。和舰科技（HJTC）:和舰于2001年11月斥资15亿美元建立，坐落于风景优美、驰名中外的“人间天堂”-苏州工业园区，占地1.3平方公里，是一家具有雄厚外资，制造尖端集成电路的一流晶圆专工企业。装配和封装过程是取出性能良好的器件，将他们放入管壳，用引线将器件上的压点与管壳上的电极互相连接起来。封装为 芯片提供一种保护并将它粘贴到更高级装配

18、板上的措施。按集成电路规模分类按集成电路规模分类 自从进入微电子时代之后，集成电路的最小线宽或最小特征尺寸(CD)以每年13%的速度缩小。在这一速度下微电子，2010年时最小特征尺寸会缩小到50nm。器件微小化结果，可以降低每种电路功能的单位成本(unit cost)。例如，对持续推进的新一代的动态随机存储器而言，每个存储器位的成本每年就减少了一半，当器件的尺寸缩小时，本征开关时间( time )也随之减少。器件速度从1959年以来，加快了四个次方，变快的速度也扩展了集成电路的功能性产生速度( rate)。未来数字集成电

19、路可以以每秒一兆位的速率进行信息处理和数值分析。器件变的越小，其所消耗的功率也越少，所以器件微小化也可以降低每次开关操作所需要的能量。从1959年至今，每个数字栅极的能量耗损已经减少了超过100万倍。从1978年动态随机存储器初次批量生产到1999年止，实际动态随机存储器的密度呈指数上升，每18个月密度就增加两，照这个速度下去，可以预期在2005年时，动态随机存储器的密度会达到80亿，2012年时则达640亿位。微处理器运算能力随时间按指数增加，同样也是每18个月增加两倍的速率。目前一个奔腾()系列的个人电脑和60年代晚期的超级电脑克菜一型(CRAYl)有相同的运算能力，但它的体

20、积却为原先的千分之一；如果按这个趋势继续下去，我们预期的微处理器将在2010年问世。在现代电子时代初期(1950-1970年)双极型晶体管是技术的驱动力；1970-1990年，因为个人电脑和先进电子系统的快速成长，动态随机存储器和以为主的微处理器扮演了技术驱动力的角色；1990年以后，因便携式电子系统的快速成长，非挥发性半导体存储器成为技术的驱动力。特征尺寸特征尺寸一般指半导体集成电路中的最小线宽，或一般指半导体集成电路中的最小线宽，或者是者是MOS晶体管中的栅长。晶体管中的栅长。现代半导体工业的发展趋势：现代半导体工业的发展趋势：特征尺寸减少特征尺寸减少和和硅片直径

21、增大硅片直径增大特征尺寸减小特征尺寸减小运算速度更快运算速度更快集成度越高集成度越高成本越低成本越低硅片直径增大硅片直径增大更换设备费用高更换设备费用高成本越低成本越低进入信息化社会的判据：半导体产值占工农业总产值的进入信息化社会的判据：半导体产值占工农业总产值的0.5%。 国际微电子发展的趋势是集成电路的特征尺寸将继续缩小，集成电路(IC)将发展为系统芯片(SOC)。微电子技术和其他学科相结合将产生很多新的学科生长点，与其他产业结合成为经济增长点。芯片是信息时代最重要的基础产品之一，如果把石油比作传统工业血液的话，那么芯片则是信息时代IT产业的心脏和大脑。无论是小到日常生活的电视机、VCD机、洗衣机、移动电话、计算机等家用消费品，还是大到传统工业的各类数控机床和国防工业的导弹、卫星、火箭、军舰等都离不开这小小的芯片。按集成电路规模分类按集成电路规模分类