微电子I C产业动态

1、微电子I C产业动态（2002 年8月 10月）l 技术发展水平：* IC的发展预计在1015年内仍将遵从Moore定律：每18个月，DRAM的集成度翻 一番。这主要是由于新技术的开发，使得芯片面积不断增大 和 特征尺寸不断缩小 （每3年缩小30%）所致。这表明集成电路将会很快进入纳米级时代。IC的基本单元 CMOS器件的特征尺寸，在2003年开始即将小于100 nm（2019年后 将小于 50 nm）。DRAM的容量每3年递增4倍（到2010年，将达到64Gbit），集成的器件 密度晶体管个数/cm2 每3年递增80%；CPU的尺寸每3年递增20%。* 目前ULSI的主流产品水平是：大园片直

2、径为200mm，特征尺寸是0.35m，每个芯片上的元件数超过1亿个（如64Mbit的DRAM，包含有1.8亿个晶体管）。0.18m的工艺技术也正在被大量采用。现在世界各大公司已经全面启动300mm（12吋）生产线。到2005年，大园片生产线将有65% 达到300mm。到2007年，大园片直径有可能达到400mm。2003年，0.13m的工艺技术将开始成为主流（从1999年开始采用的0.18m技术，仍将延续到2005年）。 * 高性能逻辑LSI的生产工艺技术发展水平：2001年是特征尺寸为130nm的工艺（电源电压为1.2V），2004年将是90nm工艺(电源电压为1V)，2007年将达到65n

3、m工艺 (电源电压为0.7V)。到2014年 预计将发展到35nm 。* 微细光刻技术 现在生产0.25m特征尺寸的IC，多采用DUV（深紫外线，248nm）以下的曝光技术。采用KrF 准分子激光（i线=365nm，深紫外线=248nm）和ArF准分子激光（193nm），再加上移相式掩模技术等，可加工0.18m以下的IC。到2005年，有可能采用激光波长为157nm（认为是光学方法的极限）的曝光技术， 以实现特征尺寸为80nm（迈向65 nm）的光刻：用准分子激光光源（含5%氟的氦气+纯氦气=1：40），用高纯CaF2晶体制造光学投影透明系统，用0.3m厚的聚乙烯酚作为抗蚀剂；现在已经克服了1

4、57nm光刻的主要障碍，第一台157nm光刻机可能在2004年提供使用。要实现特征尺寸为30nm的光刻，正在开发极紫外线（EUV）曝光的电路板印刷技术。 * 1GHz2GHz的RF-CMOS LSI已逐渐应用于移动通信。现在正着手开发5GHz以上 的RF-CMOS电路，预计45年以后将会进入量产阶段。 * 20世纪90年代以来，集成电路产业已经发展成为了以I P（知识产权）为创新核心的 产业，已经由技术竞争、资本竞争而进入到了智力竞争和知识产权竞争的高级竞争阶 段。因此IC的设计就处于很重要的地位。并且在开发SOC方面，设计是首先遇到 的一个困难问题；现在基于I P芯核的设计方法，已成为解决S

5、OC问题的主要方法。 所以，目前在SOC上的重点工作是大量开发各种I P芯核（硬核，固核和软核）。l 目前全球芯片生产厂家的分布状况：* 大型芯片制造公司大部分集中在发达国家（美国、日本、西欧），几乎占全球半导体 销售额的一半。 2001年赢利最多的前20名半导体公司是： Intel 东芝 STMicro 三星 TI NEC Motorola 日立 Infinecn Philips IBM 富士通 三菱 AMD Agere 松下 Sony Sharp Micron 三洋 。 2002年上半年，前10名半导体公司是： Intel 三星 德州仪器 欧洲意法 东芝 亿恒科技 NEC Motorola

6、 台基电 Philips 。* 代加工的Foundry生产线大部分集中在经济欠发达的地区（新加坡、韩国、以色列、 中国台湾）。 2002年，前5名的Foundry半导体公司是： 台湾TMSC（2002年的总销售额将达49亿美圆） 台湾UMC（21.85亿美圆） 新加坡Chartered（4.9亿美圆） 韩国Anam（2.25亿美圆） 德国Xfab （1.25亿美圆）。 2002年，全球Foundry半导体公司的总销售额将达到87.45亿美圆 (比2001年增加 28 %)。* 封装、测试的生产线大部分集中在发展中国家（马来西亚、中国大陆等）。l 微电子产业的投资特点：* 高投入 建立12吋、0

7、.13m的生产线，需投资20亿美圆。研发0.130.1m 的工艺和设计，也需同样的投资。* IC是世界经济的倍增器，也容易受到世界市场动荡（政治、经济）的影响。* IC产品竞争的优势在于资金的投入（竞争主要是在低成本和优质服务方面）。* 大量增加在发展中国家、特别是在中国的投资（因为有市场，而且生产成本低廉）。l IC的市场和生产情况：* 从2002年下半年开始，世界半导体市场将逐步回升（这是由于手机、个人电脑、消 费类数字电子产品的需求猛增所致）。为适应市场的需求，各大公司正在大力扩大生 产能力。2003年将大量投资半导体设备。预计2003年销售额将会增加23.2%，达到 1770亿美圆；2

8、004年达到2130亿美圆。到2005 年又将缓慢下来。* 现在中国IC的市场需求正大幅度增长，生产规模正在扩大 中国的IC市场已进入 快速增长时期，预计2003年需求规模将增加到1380亿元，增长22.4%（2001年是80 亿美圆）。到2010年，中国将成为世界第2大芯片市场。 现在日本一些公司在中国的工厂正纷纷扩大生产规模，而Sony还准备明年在北京新 建一个芯片生产厂。 东芝-无锡的工厂：计划把封装、测试生产线的能力扩大10倍，芯片生产量将从现 在的300万片/月增加到3000万片/月（2005年）。 三菱-北京的工厂：计划把芯片生产量从现在的1500万片/月 增加到2000万片/月

9、（今年底）和3500万片/月（2004年3月）。 日立-苏州的手机芯片工厂：计划把现在的120万片/月生产能力提高2倍。 NEC-北京的工厂：计划到今年秋季，把生产能力从现在的500万片/月 增加到600 万片/月；并现正动工修建8吋的芯片厂。 台积电明年将在上海松江兴建8吋的芯片厂，预计8年投资超过100亿美圆。 Intel公司计划于2003年第一季度在上海生产最先进的P4芯片。* 现在，小于0.2m的先进芯片生产线，产能利用率达到了近2年以来的最高水平 全球芯片生产线的产能利用率今年将达到83.5%（2001年是72.2%），而先进的高端 芯片生产线将达到94.4%（2001年是62.9%

10、）。从等效8吋大圆片的生产来看，今年 可达到2288万片（2000年是423万片，2001年是1506万片）。* 0.18m的SiGe-BiCMOS工艺 新加坡特许半导体制造公司，将在2003年第二季 度能够制造0.18m的SiGe-BiCMOS芯片，面向低功耗、低噪音、2 2.5GHz的射 频LSI。* 大量生产300 mm片的快速热处理系统（RTP） 应用材料公司推出了可用于300 mm 硅圆片在生产线中的所有退火加工（如离子注入退火、闪烁式快速退火、金属硅化 物形成、干法快速热氧化等）的RTP系统，能适应先进的130 nm、90 nm和65 nm 技术。* 300 mm的SOI硅片 专门

11、制造SOI片子的Soitec公司，在1998年即开始生产300 mm 的SOI片，现在是年产量80万片，但供不应求。目前准备在法国再建造一个年产量 120万片300 mm- SOI片的工厂，以适应高性能MPU等芯片的需要。特别是在工艺 技术迈向90 nm、65 nm、45 nm时，SOI技术将有可能成为标准的技术。l 中国的IC产业：* IC设计企业 现在中国自己的IC设计企业共约有300家，但具有一定规模的不到15 家，其中排在前面的5家是： 中国华大电子，杭州士兰，大唐微电子，无锡矽科，华虹集成电路。 * IC制造企业 今后10年，在中国将建成1419家LSI芯片制造厂。估计，到2005

12、年，在中国代加工的芯片数量将占全世界的10% 以上。 上海对IC产业的规划是：在未来13年内，实现三次跳跃，到2015年，IC生产线将 达到3040条，成为世界上最大的芯片基地之一。而目前紧缺的是芯片设计和制造 方面的人才（现在不到2万人）；今后10年内将需要培养和引进27万这方面的人才。 北京成立了微电子园区和IC设计产业园区，正在积极引进外资，可望成为上海以外 的重要IC基地。* IC芯片的开发 中星微电子公司最近研制出了具有世界领先水平的发声图象处理芯 片“星光二号”，这标志着中国数字影像芯片的设计技术已有重大突破。 中国科学院最近研制出了拥有自主知识产权的CPU“龙芯”1号（面积4cm

13、2， 含有约400万个晶体管，采用0.18m的CMOS工艺，定点字长32位，浮点字长 64位，主频可达266MHz，运算速度2亿次/秒，功耗低，相当于1997年国际先进 水平；具有防缓冲区攻击的硬件设计，可抵御一大类黑客和病毒攻击，适于用做安 全的网络服务器，而且又是嵌入式芯片），是我国第一款商品化的通用高性能CPU 芯片。l 几项新技术的开发和应用：* Cu布线技术 IBM采用Cu线和低介电常数绝缘膜，研制出了设计规格为90nm的ASIC产品“Cu-8” （含有7200万个门，耗电减少40%）。Cu布线技术的主要困难在于光刻，但现在通 过化学机械抛光等技术已经基本解决了，因此将在高性能的VLSI中采用。 * 栅绝缘膜的改善技术 传统的SiO2膜，在厚度3nm时，将由于量子隧道效应而失去绝缘能力。现在已经 开发出了用SrTiO3的MBE薄膜来取代传统SiO2膜的技术，制造出了适用的 MISFET。* 高k（高介电常数）栅介质膜技术 现在受到较大关注的高k材料是HfO2和HfAlO，但仍未付诸实用。最近，Motorola、 南京大学、中国科学院物理所共同研制出了LAO（鋁酸镧）和LAON（镧鋁氧