半导体集成电路第1部分课件

半导体集成电路2012-2013第二学期1课程结构体系热处理和离子注入扩散、热氧化、离子注入、快速热处理。图形转移光学光刻、光刻胶、非光学光刻技术、真空科学和等离子体、纳米压印技术。薄膜物理淀积：蒸发和溅射、化学气相淀积、外延生长。工艺集成器件隔离接触和金属化、CMOS技术、GaAs工艺技术、硅双极工艺技术、微机电系统。2第一台计算机CharlesBabbage发明了蒸汽作为动力的差分机

(1832)有25,000部件价值:£17,4703ENIAC–第一台电子计算机(1946)18000个真空管构成。41947年12月16日,美国贝尔实验室(Bell-Lab),WilliamShockley领导的研究小组发现了晶体管效应。1948年6月向全世界公布。1956年，W.Shockley,JohnBardeen,WalterBrattain获诺贝尔物理奖,‘fortheirresearchesonsemiconductorsandtheirdiscoveryofthetransistoreffect’晶体管的发现5硅时代的飞跃—集成电路的诞生JackKilby’sfirstIntegratedCircuits(IC)oftheworld6第一片集成电路Bipolarlogic1960’sHighPowerECL3-inputGateMotorola1966MOS19707

Intel4004微处理器生产于1971仅使用NMOS1000晶体管1MHz频率8IntelPentium(IV)微处理器9芯片通常所说的“芯片”是指集成电路,它是微电子技术的主要产品.所谓微电子是相对“强电”、“弱电”等概念而言，指它处理的电子信号极其微小。它是现代信息技术的基础,我们通常所接触的电子产品,包括通讯、电脑、智能化系统、自动控制、空间技术、电台、电视等等都是在微电子技术的基础上发展起来的。10芯片（续）我国的信息通讯、电子终端设备产品这些年来有长足发展，但以加工装配、组装工艺、应用工程见长,产品的核心技术自主开发的较少,这里所说的“核心技术”主要就是微电子技术。就好像盖房子的水平已经不错了,但是,盖房子所用的砖瓦还不能生产，要命的是：“砖瓦”还很贵，一般来说，“芯片”成本最能影响整机的成本。11芯片（续）微电子技术涉及的行业很多，包括化工、光电技术、半导体材料、精密设备制造、软件等,其中又以集成电路技术为核心，包括集成电路的设计、制造等。12集成电路常用基本概念晶圆

多指单晶硅圆片,由普通硅沙拉制提炼而成,是最常用的半导体材料，按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格，近来发展出12英寸甚至更大规格。晶圆越大，同一圆片上可生产的Die就多，可降低成本。但要求材料技术和生产技术更高。

12英寸晶圆13晶圆晶圆---Wafer小片----Die14裸片15键合(连接到封装的引脚)16封装，成品17应用18集成电路样品19认识晶圆和集成电路20IC分压器21集成电路常用基本概念（续）前、后工序

IC制造过程中,晶圆光刻的工艺(即所谓流片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术；晶圆流片后,其切割、封装等工序被称为后工序。

光刻

IC生产的主要工艺手段,指用光技术在晶圆上刻蚀电路。22集成电路常用基本概念（续）线宽

4微米、1微米、0.6微未、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米、0.09微米、0.065微米等,是指IC生产工艺可达到的最小导线宽度，是IC工艺先进水平的主要指标.线宽越小，集成度就高，在同一面积上就集成更多电路单元。封装

指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。

存储器

专门用于保存数据信息的IC.

逻辑电路

以二进制为原理的数字电路。23集成电路定义将各种电子元器件以相互联系的状态集成到半导体材料（主要是硅）或者绝缘体材料薄层片子上，再用一个管壳将其封装起来，构成一个完整的、具有一定功能的电路或系统。这种有一定功能的电路或系统就是集成电路。24集成电路定义（续）任何一个集成电路要工作就必须具有接收信号的输入端口、发送信号的输出端口以及对信号进行处理的控制电路。输入、输出（I/O）端口简单的说就是我们经常看到的插口或者插头控制电路是看不到的，这是集成电路制造厂在净化间里制造出来的。25集成电路定义（续）将集成电路按集成度高低分类，可以分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）。近年来出现的特大规模集成电路（ULSI），以小于1um为最小的设计尺寸，这样将在每个片子上有一千万到一亿个元件。26几个IT技术变迁预言摩尔定律（Moore’sLaw）：集成电路芯片的能力每18个月提高一倍，而其价格则降低一倍。贝尔定律（Bell’sLaw）：如果保持计算机能力不变，微处理器的价格和体积每18个月减小一倍。网络的价值同网络用户数量的平方成正比。网络上的n个用户，每个用户都可以共享使用其他用户的信息，即任何一个用户都可以使用n个用户的信息，所以网络的价值与n2成正比。主干网络的带宽每6个月增加一倍，其增长速率远远超过摩尔定律，是芯片增长速率的三倍。27晶体管集成度发展1,000,000100,00010,0001,00010100119751980198519901995200020052010808680286i386i486Pentium®Pentium®ProK1BillionTransistors资料来源:IntelPentium®IIPentium®III28晶体管的价格0.00000010.0000010.000010.00010.0010.010.1119821985198819911994199720002003200620092012cost:晶体管价格符合摩尔定律29工艺特征尺寸30单个芯片上的晶体管数31芯片面积32电源电压33金属布线层数34时钟频率35器件及互连线延迟00.511.522.533.54199719992001200320062009延迟值(ns)器件内部延迟2厘米连线延迟（O）2厘米连线延迟（U）2厘米连线延迟约束36集成电路技术发展趋势1)特征尺寸：微米亚微米深亚微米，目前的主流工艺是0.35、0.25和0.18m，0.15和0.13m甚至45nm已开始走向规模化生产；电路规模：SSISOC；3）晶圆的尺寸增加,当前的主流晶圆的尺寸为8英寸,正在向12英寸晶圆迈进；4）集成电路的规模不断提高,最先进的CPU(P-IV)已超过4000万晶体管,DRAM已达Gb规模；375）集成电路的速度不断提高,人们已经用0.13mCMOS工艺做出了主时钟达2GHz的CPU；>10Gbit/s的高速电路和>6GHz的射频电路；

6）集成电路复杂度不断增加，系统芯片或称芯片系统SoC(System-on-Chip)成为开发目标；7）设计能力落后于工艺制造能力；8）电路设计、工艺制造、封装的分立运行为发展无生产线（Fabless）和无芯片（Chipless）集成电路设计提供了条件，为微电子领域发展知识经济提供了条件。集成电路技术发展趋势38系统芯片（SOC）

SOC已成为集成电路设计学领域里的一大热点。系统芯片是采用低于0.6um工艺尺寸的电路，包含一个或者多个微处理器（大脑），并且有相当容量的存储器（用来记忆），在一块芯片上实现多种电路，能够自主地工作，这里的多种电路指的就是对信号进行操作的各种电路。这种集成电路可以重复使用原来就已经设计好的功能复杂的电路模块，这就给设计者节省了大量时间。39系统芯片（SOC）（续）SOC技术被广泛认同的根本原因，并不在于它拥有什么非常特别的功能，而在于它可以在较短的时间内被设计出来。SOC的主要价值是可以有效地降低电子信息系统产品的开发成本，缩短产品的上市周期，增强产品的市场竞争力。40SOC（续）SoC是微电子设计领域的一场革命，从整个系统的角度出发，把智能核、信息处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来。在单个或少数几个芯片上完成整个系统的功能，把越来越多的电路设计在同一个芯片中。41SOC（续）可能包含有：中央处理器（CPU）嵌入式内存（Embeddedmemory）数字信号处理器（DSP）数字功能模块（Digitalfunction）模拟功能模块（Analogfunction）模拟数字转换器（A/DC,D/AC）各种外围配置（USB,MPEG）。42SOC（续）从应用角度划分SoC

有三种类型：专用集成电路型SoC。可编程SoC。OEM型SoC

。OEM是OriginalEquipmentManufacturer的缩写，通常翻译成“贴牌生产”或“原始设备制造”。

指由采购方提供设备和技术，由制造方提供人力和场地，采购方负责销售，制造方负责生产的一种现代流行生产方式。43SOC分类有几家供应商能够提供可编程SoC，其中最为著名的有Atmel、Xilinx和Altera三家公司：Atmel公司1999年开发出首个基于RISC（精简指令系统计算机）的现场可编程SoC集成电路FPSLIC（FieldProgrammableSystemLevelIC）——AT40KFPGA。Xilinx公司的SoC芯片型号为Spartan、SpartanII、Virtex、VirtexII、XC4000和XC9500。Altera公司的SoC芯片型号为APEXEP20KE、Stratix、StratixII和Cyclone系列。

44SOC（续）Soc的优点：增加功能,从单一功能增加到多种功能。如一般移动电话由RF/IF信号处理电路和基频信号处理电路两大部分组成,以前上市的移动电话用IC由2～4块组成。1998年日本富士通公司利用CMOS工艺推出单芯片移动电话用IC。1999年美国朗讯公司将采用Bi-CMOS工艺推出单芯片移动电话用IC。这样,在单芯片上可实现天线切换、锁相回路(PLL)、本地振荡、解调变处理、调变处理和帧处理等功能。45移动电话处理器19961997199819992000Units

48M86M162M260M435MAnalogBasebandDigitalBaseband(DSP+MCU)PowerManagementSmallSignalRFPowerRF数据来源：德州仪器46Soc的优点（续）2.提高性能指标SoC是从整个系统的角度进行设计,在相同的工艺条件下可实现更高性能的系统指标。如：利用0.35μm工艺,采用SOC设计方法,在相同的系统复杂性和处理速率下,相当于采用0.1μm工艺制造的IC所实现的同样系统的性能。同时,采用SoC设计方法完成同样功能所需的晶体管数目可降低2～3个数量级。47Soc的优点(续)减少体积,降低所占的印制电路板(PCB)空间。对于soc芯片来说，一个芯片集成一个系统,相当于一个部件或一部整机,势必减少整机的体积。如DVD用芯片,第三代LSI芯片,由3块芯片组成,第四代LSI芯片,由2块芯片组成,一块为前端电路,另一块为后端电路。48Soc的优点(续)4.缩短产品上市时间,以获取更多的利润。如DVD用SoC的研制时间可从原来的1～2年缩短到6个月以内。5.降低功耗,提高抗电磁干扰和系统可靠性。如日本日立公司HG73M系列SoC,它集成SH3型SPUCore、高速逻辑电路和高密度DRAM等,其数据传输速率比采用外部DRAM系统高10～100倍,其功耗仅为原来的1/10～1/2。49Soc的优点(续)降低成本。SoC

要集成多种功能的IC,若靠一个公司从头做起,要花费很大的代价,浪费很多的时间,并且一个公司也未必能做好全部的事情,因为每个公司都有自己的关键技术,都有自己的知识产权(IP:IntellectualProperty)。要缩短设计周期,必须向别的公司购买IP,可减少重复劳动,提高效率,节约开支,降低成本。由于采用SoC,可减少外围电路芯片,也降低了整机的成本。50Soc的优点(续)7.缩短供需双方的距离。SoC制造商要更多地与用户联系,尽早让用户参与设计,这样设计出来的芯片上市最快、最受用户欢迎也最容易占领市场。51Soc的优点(续)SoC

为实现许多复杂的信号处理和信息加工提供了新的思路和方法。SoC

除了片内包含大量的电子系统电路资源、具有用户可编程的能力外，还具有将器件插在系统内或电路板上就能对其进行编程或再编程的能力。这种现场可编程和资源重复配置技术为设计者进行电子系统设计和开发提供了可利用的最新手段。528.SoC为实现许多复杂的信号处理和信息加工提供了新的思路和方法（续）采用片内可再编程技术，使得片上系统内硬件的功能可以像软件一样通过编程来配置。可以实时地进行灵活而方便的更改和开发，甚至可以在系统运行过程中不停机地进行再配置。使相同的硬件可以按不同时段实现不同的功能，提高了系统的效率。53这种全新的系统设计概念，使新一代的SoC具有极强的灵活性和适应性。它不仅使电子系统的设计和开发以及产品性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使电子系统具有适应多功能的能力。8.SoC为实现许多复杂的信号处理和信息加工提供了新的思路和方法（续）54当前SoC关键技术

SoC设计基础是IP核复用，有效地复用IP核成为SoC发展的关键技术之一：建立IP核标准及发布IP核的基础设施，使IP核获取渠道畅通。一个SoC

芯片可能包含上百个IP核，没有一家公司或企业可以完全拥有所需要的IP。为适应上市时间的要求，从外界获得IP核已经成为当务之急，如果这样的渠道不畅通，IP核用户不能及时得到他所需要的IP，势必成为阻碍SoC

工业发展的瓶颈。解决这一问题的办法就是建立IP核标准及发布IP核的基础设施。55IP核复用2.从目前掌握的情况看，自1996年起，除IEEE等标准化组织以外，在世界半导体产业的主要国家和地区，都相继建立了IP/SoC设计、交易、管理的组织和机构。

这些组织分布于世界各地，其目的是促进IP核发展，探讨SoC设计方法学，加速SoC的设计。56IP核复用机构和组织这些机构和组织的主要活动可以分为三类：即主要从事IP核标准制定的组织、从事IP核电子商务的组织及推动IP/SoC

产业的组织和机构。

如：虚拟插件接口联盟VSIA(Virtual

SoCketInterfaceAlliance)，成立于1996年9月，最初是由80多个公司发起成立的，现发展到大约200家成员，其宗旨是为系统芯片工业建立统一的技术规范和标准，这些规范和标准可以做到使不同来源的IP核能进行集成并相匹配。57IP核复用机构和组织（续）开放芯核协议国际伙伴OCP-IP（OpenCoreProtocolInternationalPartnership）。

成立于2001年12月，是一个非盈利性的组织，为即插即用（plugandplay）的SoC

设计提供一套完整的通用标准IP插座接口，把OCP发展成接口插座标准。58IP核复用机构和组织（续）虚拟元件交易门户VCX(VirtualComponentExchange)、虚拟元件设计和复用门户D&R(Design&Reuse)等。

是从事IP电子商务的组织，使IP核的交易在一种有效的、国际化的、开放的市场基础设施内进行，从而提高IP的交易效率，促进远程IP的采购与销售，并为IP的交易提供法律和业务方面的服务。59SoC关键技术之二SoC对EDA提出更高的要求，建立可重构SoC创新开发平台与设计工具研究随着微电子集成度的提高,SoC

对EDA提出更高更苛刻的要求,满足SoC

设计软件开发已经成为EDA行业的一个主要研究课题。因为EDA技术是受需求驱动而发展的,总体来说,EDA产品总是要落后同一时代的尖端设计需求。随着信息技术的发展,EDA技术必然吸收信息技术的营养,从而突破设计上的时空限制，完善软、硬件协同设计技术。60可重构SoC创新开发平台与设计工具研究SoC的设计流程比传统的IC设计复杂得多，需要的工具和语言也更加多样化。SoC

的设计需要靠多种语言来完成：系统描述语言，如SDL；硬件描述语言(Verilog

或VHDL)，还有硬件验证语言（如Vera）以及编程语言C/C++等。这种设计语言的混杂状况使得我们在设计的每个阶段都要重新编码。61工具和语言多样化（续）一个统一的多用途语言就可减少这种麻烦，在设计流程中一个部分的代码可在另一个部分复用，以加速SoC

的设计过程，并减少出错的可能。关于各种语言的融合和派生问题由来已久，但一直没有一个统一语言被业界普遍认可。

有人采用修改的编程语言（如C/C++）来描述硬件，由此派生出HardwareC，HandelC，SpecC＋，EsterelC等新的描述语言，其中最成功的是SystemC。62SoC关键技术之三SoC对算法和内部电路系统结构提出更高的要求在新一代SoC设计领域，需要重点突破和创新的问题包括：实现系统功能的算法。内部电路系统结构设计。63算法和内部电路系统结构纵观微电子技术的发展史，每一种算法的提出都会引起一场变革。例如维特比算法、小波变换等技术都对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用。当前神经网络、模糊系统理论也正在发展。利用新理论构造新的算法是今后片上系统SoC

设计领域的重要方向。64算法和内部电路系统结构电路系统结构。由于射频、存储器件加入到SoC

，使得SoC

的电路系统结构和工艺已经不是传统的结构。因此需要发展更灵巧的新型电路结构。为实现粘连逻辑，需要对新的逻辑阵列技术做系统、深入的研究。65SoC技术新发展

为了提高系统性能、降低功耗，采用SoC是一个不错的途径，但芯片体积和开发成本却遇到了强大的障碍。一些半导体供应商正在考虑一项新的技术SiP(Systeminapackage)，希望能取代SoC产品。66SiP技术SiP技术是将多个IC以及所需的分立和无源器件集成在一个封装内，形成的模块化标准产品。可以象普通的器件一样在电路板上进行组装。在SoC产品中只有一个小片(die)，SiP则包括多个堆叠在一起的小片，或将多个stacks整合在同一个衬底(substrate)上。这种高密度的封装技术与传统的采用分立和无源器件的设计相比，可显著改善性能。有些专家甚至预计，系统性能的改善程度会超过SoC产品。67SiP技术（续）在多媒体和其他一些对于数据速率要求很高的应用中，存储带宽是一个关键的指标，PCB上铜互连往往对于数据的传输形成阻碍。SiP不同的是，可提供高密度的数据通道，即单位板面积的数据通道更多。68SiP技术（续）如手机等混合信号产品，需要数字、模拟和RF技术彼此之间可靠地无缝连接。然而，敏感的RF部分更加容易受到数字部分的电磁干扰(EMI)。69SiP技术（续）SoC产品中各个电路部分是在同一衬底，由于辐射等原因形成衬底耦合，需要更加可靠的设计技术和滤波技术。而SiP，则通过将RF和其他电路进行分离，在各个不同的电路部分形成一个物理隔层，最大程度地减少彼此之间的电磁干扰。70SIP的应用前景网络/计算在网络/计算应用中，往往要求存储器与专用芯片集成。例如PC中的图形模量设置典型地包含控制IC和两个SDRAM。利用高密度衬底以SIP形式集成ASIC和存储器可以节省成本。SIP减少了母板布线的层数和复杂性，同时也提高了母板的空间利用率，在有限的空间中集成更多的功能块。71SIP的应用前景（续）射频/无线

射频/无线领域中最主要的应用是无线通讯的工具--手机。对于手机产业来说，更轻、更薄、功能更全面是其发展的方向。更高的性价比和更短的开发周期是其具备市场竞争力的基础。SIP以其设计周期短、功能增减灵活方便等优势而成为射频/无线领域的新技术。72SIP的应用前景（续）传感器Si基上的微型传感器技术近年来发展迅速，应用领域不断拓展。例如生物医学传感器、图像传感器、MEMS传感器等。同时传感器正被逐步集成于手机等袖珍器件中。在这些应用中，小体积、低成本、易于集成是成功实现系统集成的关键。SIP技术不仅可以实现混合器件、混合信号的集成，而且具备系统体积小、设计灵活、花费少的特点，是实现微型传感器的有力手段之一。73集成电路设计

集成电路设计简单的说就是设计硬件电路。设计集成电路时，设计者首先根据对电路性能和功能的要求提出设计构思。然后将这样一个构思逐步细化，利用电子设计自动化软件实现具有这些性能和功能的集成电路。74集成电路设计集成电路设计一般可分为层次化设计和结构化设计。

层次化设计把复杂的系统简化，分为一层一层的，这样有利于发现并纠正错误。

结构化设计把复杂系统分为可操作的几个部分，允许一个设计者只设计其中一部分或更多，其他设计者可以利用他已经设计好的部分，达到资源共享。75我国已有７个集成电路设计产业化基地：76集成电路设计需要的知识范围系统知识计算机/通信/信息/控制等学科电路知识模拟/数字/模数混合/RFIC/MMIC工具知识任务和内容相应的软件工具

Spice/VHDL/Cadence。工艺知识元器件特性和模型/工艺原理和过程。77半导体产业的发展设计能力跟不上器件复杂性发展要求78我国半导体产业的发展途经有效利用现有的Foundry条件。重视基础研究。开展Fabless、Chipless设计技术。培养能设计集成电路的人才，结合海外引进，提高国内整体集成电路设计水平。79设计人才的培养１８个集成电路设计人才培养基地07年批准筹建：大连理工大学天津大学福州大学80硅片制造许多电器中都有一些薄片，这些薄片在电器中发挥着重要的作用，它们都是以硅片为原材料制造出来的。硅片制造为芯片的生产提供了所需的硅片。硅片是从大块的硅晶体上切割下来的，而这些大块的硅晶体是由普通硅沙拉制提炼而成的。81硅片制造（续）将普通的硅熔化，拉制出大块的硅晶体。将头部和尾部切掉，再用机械对其进行修整至合适直径。这时看到的就是有合适直径和一定长度的“硅棒”。再把“硅棒”切成一片一片薄薄的圆片，圆片每一处的厚度必须是近似相等的，这是硅片制造中比较关键的工作。最后再通过腐蚀去除切割时残留的损伤。82硅片制造（续）83芯片制造把电脑上设计出来的电路图用光照到金属薄膜上，制造出掩膜。就象灯光从门缝透过来，在地上形成光条，若光和金属薄膜能起作用而使金属薄膜在光照到的地方形成孔。那就在其表面有电路的地方形成了孔，这样就制作好了掩膜。84芯片制造（续）制作好的掩膜盖在硅片上，当光通过掩膜照射，电路图就“印制”在硅晶片上。按照电路图使应该导电的地方连通，应该绝缘的地方断开，就在硅片上形成了所需要的电路。需要多个掩膜，形成上下多层连通的电路，那么就将原来的硅片制造成了芯片。硅片是芯片制造的原材料，硅片制造是为芯片制造准备的。85集成电路发展的前三十年中，设计、制造和封装都是集中在半导体生产厂家内进行的，称之为一体化制造(IDM，IntegratedDeviceManufacture)的集成电路实现模式（典型：Samsung，IBM，Mangachip，郑州精诚）。近十年以来，电路设计、工艺制造和封装开始分立运行，这为发展无生产线（Fabless）集成电路设计提供了条件，为微电子领域发展知识经济提供了条件。IDM与Fabless集成电路实现86FablessandFoundry:Definition

无生产线与代工:定义WhatisFabless? ICDesignbasedonfoundries,i.e. ICDesignunitwithoutanyprocessownedbyitself.WhatisFoundry? ICmanufactorypurelysupportingfablessICdesigners,i.e. ICmanufactorywithoutanyICdesignentityofitself.87RelationofF&F(无生产线与代工的关系)LayoutChipDesignkitsInternetFoundryFabless设计单位代工单位88RelationofFICD&VICM&Foundry无生产线IC设计-虚拟制造-代工制造FoundryIFoundryIIFICD:FablessICDesignerVICM:VirtualICManufacture(虚拟制造)

(MOSIS,CMP,VDEC,CIC,ICC…)FICD1FICD2FICD3FICD4FICDnVICMVICM89流片像流水线一样通过一系列工艺步骤制造芯片，这一过程就是流片。在芯片制造过程中一般有两段时间可以叫做流片。生产阶段：

在大规模生产芯片时，工艺过程象流水线一样地生产，这个过程就叫流片。90流片（续）设计阶段：在搞设计的时候发现某个地方可以进行修改以取得更好的效果，但又怕这样的修改会给芯片带来意想不到的后果，如果根据这样一个有问题的设计大规模地制造芯片，那么损失就会很大。为了测试集成电路设计是否成功，必须进行流片，即从一个电路图到一块芯片，检验每一个工艺步骤是否可行，检验电路是否具备我们所要的性能和功能。如果流片成功，可以大规模地制造芯片；反之，需要找出原因，并进行相应的优化设计。91EMS集成电路产业里面所说的EMS是指没有自己的品牌产品，专门替品牌厂商生产的电子合约制造商，也称电子制造服务企业。电子合约制造商就是把别人的定单拿过来，替别人加工生产。EMS在各个方面，各个环节都有优势，从采购到生产、销售甚至在设计方面都具有自己的特色。EMS的优势在于它的制造成本低，反应速度快，有自己一定的设计能力和强大的物流渠道。代表：台湾的富士康电子公司、新加坡的伟创力公司92多项目晶圆（MPW）随着制造工艺水平的提高，制造芯片的费用不断上涨。一次0.6微米工艺的生产费用就要20-30万元，而一次0.35微米工艺的生产费用则需要60-80万元。如果设计中存在问题，那么制造出来的所有芯片将全部报废为了降低成本，需要采用多项目晶圆。93制造芯片的费用94多项目晶圆（MPW）（续）多项目晶圆将多种具有相同工艺的集成电路设计放在同一个硅圆片上、在同一生产线上生产。生产出来后，每个设计项目可得到数十片芯片样品，数量足够用于设计开发阶段的实验、测试。实验费用就由所有参加多项目晶圆的项目按照各自所占的芯片面积分摊，极大地降低了实验成本。95多项目晶圆特点提高了设计效率降低了开发成本为设计人员提供了实践机会促进了集成电路设计成果转化对IC设计人才的培训，及新产品的开发研制均有相当的促进作用。96芯片工程与多项目晶圆计划ManyICsfordifferentprojectsarelaidononemacro-ICandfabricatedonwafersThecostsofmasksandfabricationisdividedbyallusers.Thus,thecostpaidbyasingleprojectislowenoughespeciallyforR&DTheriskoftheIC’sR&Dbecomeslow SingleIC Macro-IC MPW (layout) (layout/masks) (wafermacro-chipsinglechip)97多项目晶圆技术Chip1Chip1Chip6Chip2Chip5Chip4Chip3$30000$30000<$500098我国半导体产业的发展三个国家级多项目晶圆服务中心99晶圆代工现在的晶圆代工厂就像是一个加工坊。晶圆代工就是向专业的集成电路设计公司或电子厂商提供专门的制造服务。这种经营模式使得集成电路设计公司不需要自己承担造价昂贵的厂房，就能生产。晶圆代工商将庞大的建厂风险分摊到广大的客户群以及多样化的产品上，从而集中开发更先进的制造流程。100晶圆代工随着半导体技术的发展，晶圆代工所需投资也越来越大，现在最普遍采用的8英寸生产线，投资建成一条就需要10亿美元。中国大陆知名的IT企业：中芯国际、台积电、IBM、苏州和舰科技、华虹NEC、先进半导体、宏力半导体、华润上华科技等等。1012005年全球前14家晶圆代工厂收入统计1022006年全球前10家纯晶圆代工厂收入统计上海先进半导体(ASMC)宏力半导体(GraceSemicondutor)华润上华科技(CSMC)

1032009年全球纯晶圆代工厂收入统计前17名代工业务收入超过2亿美元的厂商中，有11家来自亚太，4家来自美国，仅有两家来自欧洲。2009年3月正式成立的GlobalFoundries销售总额已达11亿美元，排名第四。计划在未来两到三年内将份额提升到30%左右。传统的IDM仅剩4家，其中最大的IBM，代工业务销售额只有台积电的1/25。1042010年全球晶圆代工台积电，133.07亿美元，增长48%。台联电，39.65亿美元，增长41%。Globalfoundries，35.1亿美元，增长219%。中兴国际，15.55亿美元，增长45%。Towerjazz，5.1亿美元，增长70%。Vanguard，5.08亿美元，增长33%。韩国dongbu，4.95亿美元，增长25%。IBM，4.30亿美元，增长28%。韩国magnachip，4.20亿美元，60%。三星，4.0亿美元，增长38%。SSMC，3.30亿美元，同比增长18%X-FAB，3.20亿美元，同比增长51%华虹NEC，2.95亿美元，增长23%。德州仪器，2.85亿美元，同比增长14%。宏力，2.60亿美元，增长38%。1052011年全球晶圆代工1062012年全球晶圆代工1072004到2013年全球纯晶圆代工产业的年增长率预测10812英寸(300mm)0.022微米是目前量产最先进的CMOS工艺线工艺线109晶圆代工厂（Foundry）晶圆代工产业可以划分为三个阵营，第一梯队只有台积电（TSMC）。台积电拥有全球第一的产能，也拥有全球公认最佳的品质。2004年已在上海松江区建厂。110晶圆代工厂（Foundry）第二梯队是联电（UMC）、中芯国际（SMIC）、特许（CHARTERED）、Samsung、IBM。这五家晶圆代工厂通常都是IC设计大厂的第二选择，或者是替代性选择，中型IC设计公司的第一选择。

这五家都有自己特别稳定的大客户。联电的大客户是属于联电阵营的联发科和联咏。中芯国际则有英飞凌、ELPIDA，为这些公司代工内存，需求相对比较稳定。特许、英飞凌、三星和IBM则建立跨平台晶圆代工联盟，需求也相对稳定。IBM则为微软XBOX、索尼PS3这些超大产量的游戏机代工CPU。Samsung为苹果服务。111晶圆代工厂（Foundry）第三梯队的厂家都有自己特别专长的领域，同时依托该地区的产业链发挥地区优势。MAGNACHIP和VANGURD都以LCD驱动IC代工为专长。MAGNACHIP又和东部安南都擅长代工CMOS图像传感器，东部安南还擅长汽车电子。华虹NEC（HHNEC）则擅长智能卡领域。JAZZ的专长是射频IC的代工。X-FAB则擅长混合信号和MEMS的代工。汉磊擅长功率半导体元件。先进半导体擅长模拟IC的代工。112大陆晶圆代工厂现状中国大陆的晶圆代工产业受限内地的IC设计公司，虽然有五百家IC设计公司，但真正量产的不到五十家。大陆的IC设计产业90%以上的IC设计公司都是概念型公司，依靠贷款或者其他外来投资。剩余不到五十家IC设计公司中90%以上都是以逻辑IC为主，模拟IC非常少见。对于逻辑IC，晶圆代工厂的晶圆尺寸和制造工艺决定了成本，12英寸晶圆和90纳米或者65纳米线宽是目前逻辑IC的最低成本解决方案。在逻辑IC领域，中国大陆晶圆代工厂家除中芯国际外，都非常缺乏竞争力。113IC设计中星微、炬力、晶门科技这些最具中国代表性的IC设计公司。中星微赖以起家的是PC用摄像头的IC。

中星微另一产品是手机多媒体IC，主要是和弦IC和应用处理器。

114IC设计炬力和中星微一样，高度依赖某一单一市场。炬力依赖的是MP3-MP5播放机，炬力占据绝大多数的市场。但是播放机市场成长速度下滑，下游厂家逼迫上游厂家降价，而这些厂家不得不降价。晶门号称中国第一大IC设计公司。公司高度依赖LCD显示驱动IC市场。115IC设计中国本土的IC设计公司根本养活不了任何一个月产能3万片的8英寸晶圆厂。并且中国IC设计公司的增幅将放缓很多，甚至出现下滑。新的IC设计公司从创立到有成熟产品，周期通常是3-5年。大陆的IC设计公司全部是海归派创立的，他们套用国外的模式，投资基本都来自风险投资。116IC设计受市场不景气的影响，中国上市的IC设计公司股价表现也很差。例如展讯，刚上市不到一星期，即跌破发行价30%。中星微也跌破发行价，只有发行价一半的价格。炬力也是如此。如此一来，晶圆代工厂必须依靠海外业务，实际现在中国的晶圆代工厂80%以上的收入来自海外客户，有些甚至是100%。这就意味着要和联电、台积电竞争。117IC设计由于台湾的技术封锁，大陆晶圆厂技术落后台湾大约2-3年。而这种技术差距短期内很难弥合，因为大陆在此领域严重缺乏本土人才。只能找到那些联电和台积电不愿意做的业务来做，这些通常是DRAM内存、NVM（非易失性存储器）等。这些业务毛利率低，风险波动大。不过中国仍旧在晶圆代工领域高歌猛进，投资的脚色由企业变为政府。成都、武汉和西安政府都投入巨资进入晶圆代工领域。政府投资，银行贷款，企业租赁，一定期限后收购，这种独特的中国特色越来越常见。1182008年中国集成电路设计企业业绩排名

企业名称

08年销售额（亿元人民币）

1

深圳海思半导体有限公司

30.94

2

中国华大集成电路设计集团有限公司

14.43

3

大唐微电子技术有限公司

8.36

4

杭州士兰微电子股份有限公司

8,12

5

泰景（上海）信息技术有限公司

7.00

6

展讯通信（上海）有限公司

6.9

7

炬力集成电路设计有限公司

6.78

8

无锡华润矽科微电子有限公司

6.24

9

上海华虹集成电路有限公司

6.24

10

北京中星微电子有限公司

6.22

11

福州瑞芯微电子有限公司

5.0

12

北京同方微电子有限公司

3.97

13

锐迪科微电子（上海）有限公司

3.4

13

日电电子(中国)有限公司

2,821192009年中国集成电路设计企业业绩1、上海泰景1.5亿美元。2、北京中天联科1亿美元。3、上海展讯1亿美元。4、华为海思45亿人民币。5、锐迪科上海

1亿美元。6、上海格科微

6000万美元。7、杭州国芯

4000万美元。8、国民技术

5000万美元。9、北京君正

破4000万美元。120芯片测试电子产品的生产厂家为了保证产品质量，在生产过程中需要采用各类测试技术进行检测，以便及时发现缺陷和故障，进行修复。在使用某个芯片的时候，经常发现这样的现象，就是芯片的其中几个引脚没有用到。其实这几个引脚是用来测试用的。芯片被制造出来之后，由芯片测试工程师对芯片进行测试，看这些生产出来的芯片的性能是否符合要求、芯片的功能是否能够实现。这种测试方法只是接触式测试，芯片测试技术中还有非接触式测试。121非接触式测试随着线路板上元器件组装密度的提高，传统的电路接触式测试受到了极大的限制，而非接触式测试的应用越来越普遍。非接触测试主要就是利用光对制造过程中或者已经制造出来的