半导体集成电路_01绪论

1、2022-6-2712022-6-272集成电路的基本概念集成电路的基本概念过去、现状、发展过去、现状、发展国内相关产国内相关产业发展现状业发展现状2022-6-273提纲一.一.集成电路的概念集成电路的概念二.二.集成电路的过去，现在和未来集成电路的过去，现在和未来三.三.我国集成电路产业现状我国集成电路产业现状四.四.本课程主要内容本课程主要内容五.五.教材及主要参考资料教材及主要参考资料六.六.课程要求及考核方法课程要求及考核方法2022-6-274提纲-1一.一.集成电路的概念集成电路的概念 1.1.什么是集成电路？什么是集成电路？ 2.2.相关基本概念相关基本概念 3.3.集成电路的

2、分类集成电路的分类2022-6-2752022-6-276将电子元器件按照一定的要将电子元器件按照一定的要求连接起来求连接起来, ,完成一定的功能完成一定的功能将所有元器件和连线做在同将所有元器件和连线做在同一个基板上一个基板上, ,组成系统组成系统2022-6-2772022-6-278无处不在，彻底渗入并改变了人类生活无处不在，彻底渗入并改变了人类生活2022-6-279 形状：形状：一般为正方形或矩一般为正方形或矩形形 面积面积: : 几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起功耗增大、封装困难、成品率下降，成本提高，可通过功耗增大、封装困难、成品率下降

3、，成本提高，可通过增大硅园片直径来弥补。增大硅园片直径来弥补。晶圆尺寸晶圆尺寸(Wafer Size)芯片尺寸芯片尺寸(Die Size)6英寸、英寸、8英寸、英寸、12英寸英寸几平方毫米到几百平方毫米几平方毫米到几百平方毫米2022-6-2710 集成度、规模：集成度、规模：每块芯片包含的晶体管数目或等效逻辑门(2输入的NAND)的数量1个2输入的NAND=4个晶体管2022-6-2711 特征尺寸特征尺寸 集成电路器件中最细线条的宽度，对MOS器件常指栅极所决定的沟道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸。 反映了集成电路版图图形的精细程度，特征尺寸的减少主要取决于光刻技术的改进（光刻最

4、小特征尺寸与曝光所用波长）。2022-6-2712 按电路规模分类按电路规模分类 按导电载流子类型分按导电载流子类型分类类按电路处理信号方式分类按电路处理信号方式分类按实现方法分类按实现方法分类 按电路功能分类按电路功能分类 按设计方法分类按设计方法分类2022-6-2713u小规模集成电路小规模集成电路 (Small Scale IC，SSI)u中规模集成电路中规模集成电路 (Medium Scale IC，MSI)u大规模集成电路大规模集成电路 (Large Scale IC，LSI)u超大规模集成电路超大规模集成电路 (Very Large Scale IC，VLSI)u特大规模集成电路

5、特大规模集成电路 (Ultra Large Scale IC，ULSI)u巨大规模集成电路巨大规模集成电路 (Gigantic Scale IC，GSI）集成电路的分类集成电路的分类-1-1按电路规模分类按电路规模分类2022-6-2714划分集成电路规模的标准划分集成电路规模的标准 数字集成电路数字集成电路 类类 别别 MOS IC 双极双极IC 模拟集成电路模拟集成电路 SSI 102 100 30 MSI 102103 100500 30100 LSI 103105 5002000 100300 VLSI 105107 2000 300 ULSI 107109 GSI 109 2022-

6、6-2715集成电路的分类集成电路的分类-2-2 按导电载流子类型分类（实现工艺）按导电载流子类型分类（实现工艺）电流电流IBJT型型Bipolar Junction Transistor电流电流IMOS型型MOS TransistorBi-CMOS2022-6-2716集成电路的分类集成电路的分类-3-3 按电路处理信号方式分类按电路处理信号方式分类数字集成电路数字集成电路01模拟集成电路模拟集成电路数模混合数模混合集成电路集成电路2022-6-2717由半导体集成电路，膜由半导体集成电路，膜集成电路和分离元件中集成电路和分离元件中至少两种构成的集成电路至少两种构成的集成电路半导体单晶为基片

7、，将半导体单晶为基片，将构成电路的各元器件制构成电路的各元器件制作于同一基片上，布线作于同一基片上，布线连接构成的集成电路连接构成的集成电路由金属和金属合金薄膜由金属和金属合金薄膜以及半导体薄膜制成元以及半导体薄膜制成元器件，布线连接构成的器件，布线连接构成的集成电路集成电路集成电路的分类集成电路的分类-4-42022-6-2718集成电路的分类集成电路的分类-5-5通用通用集成电路集成电路市场上能买到的具有市场上能买到的具有通用功能的集成电路通用功能的集成电路例如：74 系列4000系列 Memory芯片CPU 芯片等有些专用芯片又有许有些专用芯片又有许多系统销售商在贩卖多系统销售商在贩卖A

8、SSP例如：Modem DVD decoder VCD decoder针对某一电路系统的要针对某一电路系统的要求而专门设计制造的求而专门设计制造的;具具有特定电路功能有特定电路功能,通常市通常市场上买不到的场上买不到的ASIC玩具狗芯片；玩具狗芯片； 通信卫星芯片通信卫星芯片 计算机工作站计算机工作站CPU中存储器与微中存储器与微处理器间的接口芯片处理器间的接口芯片2022-6-2719ASIC(Application Specific Integrated Circuits)ASSP(Application-Specific Standard Products)2022-6-2720集成电路

9、的分类集成电路的分类-6-6按设计方法分类按设计方法分类l全定制（全定制（Full Custom）IC: 硅片没有经硅片没有经过加工，其各掩膜层都要按特定电路的要求进行专门设计过加工，其各掩膜层都要按特定电路的要求进行专门设计l半定制（Semi-Custom）IC: 全部逻辑全部逻辑单元是预先设计好的单元是预先设计好的,可以从单元库中调用所需单元来掩可以从单元库中调用所需单元来掩膜图形（标准单元方法和门阵列），可使用相应的膜图形（标准单元方法和门阵列），可使用相应的EDA软软件，自动布局布线。件，自动布局布线。l可编程（Programmable）IC:全部逻辑全部逻辑单元都已预先制成单元都已预

10、先制成,不需要任何掩膜不需要任何掩膜,利用开发工具对器件利用开发工具对器件进行编程进行编程,以实现特定的逻辑功能以实现特定的逻辑功能.分为可编程逻辑器件和分为可编程逻辑器件和现场可编程逻辑器件现场可编程逻辑器件2022-6-27212022-6-2722中国半导体行业协会秘书长徐小田中国半导体行业协会秘书长徐小田 集成电路是当今世界高科集成电路是当今世界高科技电子产品的技电子产品的心脏心脏和和灵魂灵魂，是国民经济信息化的重要是国民经济信息化的重要支柱支柱，也是国民经济自主，也是国民经济自主健康发展的健康发展的战略性战略性产业和产业和基础性基础性产业产业 2022-6-2723提纲-2二二. .

11、集成电路的过去、现在与未来集成电路的过去、现在与未来 2022-6-27242022-6-27252022-6-27262022-6-27272022-6-27282022-6-27292022-6-27302022-6-27312022-6-27322022-6-27338088Intel 3862022-6-2734Intel 486Pentium2022-6-27352022-6-27362022-6-27371965年英特尔公司主要创始人摩尔提出了“随着芯片上电路的，元件必将，每个元件的将”，这个被称为“摩尔定律”的预言成为了以后几十年指导集成电路技术发展的最终法则。2022-6-27

12、38 年年份份特特征征参参数数19591970-19712000比比率率设设计计规规则则 m2580.18140电电源源电电压压VDD(伏伏）551.53硅硅片片直直径径尺尺寸寸（mm）53030060集集成成度度62 1032 1093 108DRAM密密度度（bit)1K1G106微微处处理理器器时时钟钟频频率率(Hz)750K1G103平平均均晶晶体体管管价价格格$100.310-6107微电子技术的进步微电子技术的进步2022-6-2739 19621962年年Wanlass、C. T. SahCMOS技术现在集成电路产技术现在集成电路产业中占业中占95%95%以上以上 1967196

13、7年年KahngKahng、S. Sze S. Sze 非挥发存储器非挥发存储器 19681968年年DennardDennard单晶体管单晶体管DRAMDRAM 19711971年年IntelIntel公司微处理器公司微处理器计算机的心脏计算机的心脏 目前全世界微机总量约目前全世界微机总量约6 6亿台，在美国每年由计算机完成的工作量超亿台，在美国每年由计算机完成的工作量超过过40004000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认为：微处理器、宽频道亿人年工作量。美国欧特泰克公司认为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是连接和智能软件将是2121世纪改变人类社会和经济的三大技术创新世纪改变人类社会和经

14、济的三大技术创新2022-6-2740摩尔定律开始受到挑战、技术在未摩尔定律开始受到挑战、技术在未来来10-15年仍可保持线性发展年仍可保持线性发展 90nm技术、技术、300mm硅片、铜互硅片、铜互连工艺、连工艺、SOC成为四大热点成为四大热点 2022-6-2741提纲-3三三. .集成电路在我国的现状集成电路在我国的现状 2022-6-2742中国中国集成集成电电路生路生产产量的量的推移推移1950195019781978199219922022-6-2743民用比率民用比率34！计算机用计算机用民用民用通讯设备通讯设备工业生产工业生产2022-6-27441990年代年代中期中期技技术

15、术落后落后23代代! 1997年年90年代年代的芯片加工的芯片加工 2022-6-2745中共中央国务院关于鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策 国发国发200018号号财政部、国家税务总局关于部分国内设计国外流片加工的集成电路产品进口税收政策通知 财税财税2002140号号2022-6-2746 世界世界IT的的不景气与中国半不景气与中国半导导体体产业产业中国中国ICIC市市场场的的変化変化2000120001中国中国ICIC市市场销场销售售额为额为104.6104.6亿亿美美元，与元，与20002000年相比看起来只是年相比看起来只是5.5%5.5%的的小幅增小幅增长长，但是，从中国以

16、外的市，但是，从中国以外的市场为场为负负2020的增的增长长来看，可以来看，可以说说中国中国维维持持了相了相对对的高增的高增长长！2022-6-2747 2000-2005年中国年中国集成集成电电路生路生产销产销售状况售状况2022-6-2748 2000-2005年中国年中国集成集成电电路出口情况路出口情况 项 目2000年2001年2002年2003年2004年2005年出口量（亿个）40.433.0255.93110.98162.26216.09增长率(%)-3.48-18.2769.3898.4346.2133.18出口金額(亿美元)19.7216.8922.4659.67105.23

17、137.54增长率(%)4.36-14.3432.98165.6976.3630.71 2000-2005年中国年中国集成集成电电路路进进口情况口情况 项 目2000年2001年2002年2003年2004年2005年进口量（亿个）205.47200.56261.09469.15628.17753.7增长率(%)18.8-2.3930.1879.6933.920进口金額(亿美元)95.2103.84140.37401.61600.78810.24增长率(%)26.359.0835.18186.149.5934.872022-6-27492005年中国IC市场一跃为世界第一！2022-6-275

18、0到200年年底将近770个公司设计00多家其他110家IC制造约50家封装测试110家2022-6-275120002000、20052005中国中国ICIC设计、设计、制造制造、封装封装业业比例比例5.3%14.9%17.0%25.8%33.2%33.0%68.9%51.9%50.0%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%200020042005设计制造封装测试2022-6-27522005中国中国IC设计、制造、封装业比例设计、制造、封装业比例2022-6-2753XIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY IC设计设计IC制造制造IC封装封装

19、测试测试消費類消費類珠海炬力珠海炬力杭州仕兰杭州仕兰微微北京希格玛晶北京希格玛晶华微华微深圳国微深圳国微（VCD,MCU,Audio ICVCD,MCU,Audio IC） 其他类其他类杭州有旺、绍兴杭州有旺、绍兴芯谷、无锡友达、芯谷、无锡友达、无锡矽科动力无锡矽科动力（电源（电源ICIC、功率、功率放大器）放大器）大陆大陆南通富士通、南通富士通、（DIP/TSOP/QFP/SiDIP/TSOP/QFP/SiP P）、长电科技）、长电科技（DIP/SO/QFP)DIP/SO/QFP)天天水华天水华天（BGA/FC/MCM)BGA/FC/MCM)上上海纪元海纪元无锡华润矽科（数字无锡华润矽科（数

20、字音视频音视频ICIC、通讯、通讯ICIC）北京海尔设计（数字北京海尔设计（数字电视、卫星接受电视、卫星接受ICIC）北京华虹设计（数字北京华虹设计（数字电视、数字投影议、电视、数字投影议、手机手机ICIC）网通类网通类深圳中兴微（移深圳中兴微（移动通讯芯片）、动通讯芯片）、晨讯（晨讯（3G3G芯片）芯片）大唐微电子大唐微电子（智能卡、（智能卡、WLAN)WLAN)ICIC卡类卡类北京中电华大北京中电华大北京清华同方北京清华同方（二代身份证（二代身份证芯片）上海华芯片）上海华虹、上海复旦虹、上海复旦（智能卡）（智能卡）电脑类电脑类北京中星微（手北京中星微（手机芯片）、机芯片）、PCPC摄摄影类

21、芯片）影类芯片）IDMIDM厂厂无锡华润微、无锡华润微、上海贝岭、上海贝岭、华越微电子华越微电子代工厂代工厂中芯、上海中芯、上海华虹华虹NECNEC、和、和舰、上海先舰、上海先进、上海宏进、上海宏力、华润上力、华润上华、上海新华、上海新进进首钢日电首钢日电台湾台湾日月光、矽品日月光、矽品外资外资FreescaleFreescale、威讯联、威讯联合、合、STST、IntelIntel、infineeninfineen、RenesesReneses、SamsungSamsung、AmkorAmkor2022-6-2754以上海为中心以上海为中心的长江三角洲的长江三角洲北京、天津北京、天津环环渤海

22、地渤海地区区以广州以广州为为中心中心的珠江三角洲的珠江三角洲中国西部 西部地区2022-6-27552022-6-2756现有现有IC生生产线产线2000200120022003200420052006中芯中芯宏力宏力和艦和艦華虹華虹NEC上海先進上海先進華潤上海華潤上海350nm250nm180nm130nm90nm250nm180nm350nm130nm180nm130nm250nm350nm180nm250nm350nm250nm350nm1500/1000/700nm350nm350nm/ “ “400600nm/ “ “国内现有8英寸生产线10条6英寸生产线12条12英寸芯片生产线2

23、条5英寸生产线9条4英寸生产线14条共计共计47条条2022-6-2757中国集成中国集成电电路路产业发产业发展特征展特征产业规模产业规模增大增大电路设计业电路设计业发展迅猛发展迅猛2022-6-2758中国集成中国集成电电路路产业产业存在的存在的问题问题1.产业规模依然偏小产业规模依然偏小、市场份额偏低市场份额偏低2.依然存在巨大的需求与供给能力失配依然存在巨大的需求与供给能力失配3.自主创新能力不足自主创新能力不足4.集成电路的支撑产业滞后，如：设备、集成电路的支撑产业滞后，如：设备、材料等材料等5.人才缺乏人才缺乏2022-6-27592022-6-27602003年年6月月科技部七個国

24、家集積回路産業化基地設置科技部七個国家集積回路産業化基地設置北京、上海、杭州、无锡、西安、成都、深圳北京、上海、杭州、无锡、西安、成都、深圳2022-6-27612022-6-276220032003年年1010月，教育部、科技部联合批准了月，教育部、科技部联合批准了9 9所高校为所高校为首批国家集成电路人才培养的建设单位首批国家集成电路人才培养的建设单位清华大学、北京大学、浙江大学、复旦大清华大学、北京大学、浙江大学、复旦大学、西安电子科技大学、上海交通大学、学、西安电子科技大学、上海交通大学、东南大学、电子科技大学、华中科技大学东南大学、电子科技大学、华中科技大学2022-6-2763集成

25、电路人才缺口巨大集成电路人才缺口巨大 如果集成电路设计业市场每年以平均如果集成电路设计业市场每年以平均6060以上的速以上的速度增长，度增长， 到到20102010年将达到约年将达到约10001000亿元人民币产值，亿元人民币产值，届时将需要集成电路设计师届时将需要集成电路设计师5 51010万人，而目前我万人，而目前我国仅有集成电路设计人员约国仅有集成电路设计人员约1000010000人，人才严重不人，人才严重不足成为我国集成电路设计业的最大瓶颈。集成电路足成为我国集成电路设计业的最大瓶颈。集成电路制造业人才缺乏同样十分紧迫。制造业人才缺乏同样十分紧迫。 2022-6-2764 我国集成电路设计人才培养规模严重不足我国集成电路设计人才培养规模严重不足 据统计，据统计，20042004年我国本科微电子学专业有年我国本科微电子学专业有3131个专业点，个专业点，20032003年毕年毕业本科生业本科生459459人，招生人，招生14311431人，在校生人，在校