1
集成电路原理电子科技大学 成都学院 微电子技术系任课教师 张开华教授
2
序
“集成电路原理”课在本专业所占的地位本课程的任务是,在巩固电子类专业基础课（电路分析、数电、模电）及相关专业课程（半导体物理、微电子器件）的前提下，学习并掌握 IC的基本单元结构、工作原理及其电学特性； 集成电路工艺及其进展，能进行集成电路的拓扑及版图的分析与设计。
3
通过本课程的学习，要求学生基本掌握双极 IC、数字 CMOS
集成电路中的倒相器的电路特性和版图，掌握逻辑门、传输门和触发器电路，了解动态电路；掌握双极模拟电路的基本子电路 (如电流源，基准源等 )的工作原理和特性，掌握双极基本运算放大器的性能分析和设计方法。
4
教材
1.,半导体集成电路,朱正涌编著，
张开华主审,清华大学出版杜
2001年,高等学校工科电子类规划教材
2.,半导体集成电路,,张开华编著，东南大学出版社,1995年,高等学校工科电子类规划教材 。
5
绪 论
§ 0,前言
§ 1,IC的分类
§ 2,描述 IC工艺技术水平的五个技术指标
§ 3,微电子科学技术的发展历史
§ 4,微电子发展的规律
§ 5,半导体 IC技术发展趋势
§ 6,我国微电子发展概况
6
§ 0,前言目前最基本的电子器件主要有三大类,
电子管也称为真空管 (Vacuum tube),它是在一个抽成真空的玻璃泡中封有一些电极而制成的。图 1是各种真空管的照片，真空管是第一代电子器件。
图 1
7
半导体器件是二十世纪五十年代发展起来的，特别是 1948年晶体管
（,Transistor” is short for,Transfer
Resistor” ）的发明，对电子技术的发展起到了决定性的作用。图 2和图 3是各种半导体二极管和三极管的照片。
图 2 各种半导体二极管的照片 图 3 各种半导体三极管的照片
8
随后在半导体器件的基础上发展起来的集成电路，使电子技术进入了一个新的里程碑。集成电路的不断发展，从小规模集成电路到中规模、
大规模集成电路，以及发展到 超大规模集成电路 。可以把过去一台仪器所包括的电子电路集成到一块芯片之中。图 4是各种集成电路的照片。
图 4 各种集成电路的照片
9
第一代,电子管计算机 （ 1946~1955)
第二代,晶体管计算机 (1955~1964)
第三代,集成电路计算机 (1964~1970)
第四代,VLSI计算机 （ 1971年 --现在）
第五代,智能化计算机
10
第五代,智能化计算机主攻目标 ——让计算机具有人的听、
说、读、写和思维推理能力神经网络计算机用数据单元模拟人脑的神经元，并利用神经元结点的分布式存储和相互关联来模拟人脑活动生物计算机使用蛋白分子为主要原料制成的生物芯片构成，存储能力巨大，而且以波的形式来传播信息
11
什么是集成电路？
Integrated Circuit，缩写 IC
通过一系列特定的加工工艺，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，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能
12
几个概念微电子学,Microelectronics
– 一门学科，一门研究集成电路设计、制造、测试、封装等全过程的学科半导体,Semiconductor
– 内涵及外延均与微电子类似，是早期的叫法集成电路 IC（ Integrate Circuit）,
– 一类元器件的统称，该类器件广泛应用于电子信息产业，几乎所有的电子产品均由集成电路装配而成芯片,chip/die
– 没有封装的集成电路，但通常也与集成电路混用，作为集成电路的又一个名称集成系统芯片 SoC（ System on a Chip）：
– 微电子学和集成电路技术发展的产物，指在单芯片上实现系统级的功能
13
微电子的特点微电子学：电子学的一门分支学科微电子学以实现电路和系统的集成为目的,故实用性极强 。
微电子学中的空间尺度通常是以微米 (?m,1?m＝ 10－ 6m)和纳米 (nm,
1nm = 10-9m)为单位的 。
微电子学是信息领域的重要基础学科
14
微电子学是一门综合性很强的边缘学科
– 涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科微电子学是一门发展极为迅速的学科，
高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，
例如微机电系统 (MEMS)、生物芯片等
15
根据工艺和结构的不同，可将 IC分为三类：
半导体 IC或称单片 （ Monolithic） IC
——集成度高,体积小,生产效率高,适合规模生产 。 难以制作高精度,高阻值的电阻和大容量电容以及电感 。
膜 IC,又可分为两种
厚膜电路
——用于制作电阻器,电容器以及相互间的电连接 。 比单片
IC面积大,一般功率较大,频率较高 （ 可达 1GHz） 。 主要工艺为漏印 （ 丝网印刷 ） 。 设备费用和材料费用低 。 膜层典型厚度约为 20?m,最小导电带宽度 250?m,最小电阻器宽度约
1250?m。
§ 1,集成电路的分类
16
薄膜电路
—— 主要用以制作电阻器和电容器 。 可通过激光修条精确调整阻值,性能和温度特性优良 。 主要工艺涂敷,淀积,光刻,腐蚀等 。 所需设备复杂,费用较高 。 典型膜厚 1000?500?。
混合 IC（ Hybrid IC）
——指将两个或更多的不同类型集成电路芯片,有时也包括一些分立元件,组合成一个整体,密封在一个管壳内,构成所谓 HIC。 HIC一般体积较大,但性能得以提高 。
本课程的研究对象为以硅单晶为衬底的半导体集成电路或微电子集成电路 。
17
按器件结构类型分类双极集成电路：主要由双极晶体管构成
– 只含 NPN型晶体管的双极集成电路（数字电路）
– 含 NPN型及 PNP型晶体管的双极集成电路（模拟电路）
金属 -氧化物 -半导体 (MOS)集成电路：主要由
MOS晶体管 (单极晶体管 )构成
– NMOS
– PMOS
– CMOS(互补 MOS)
双极 -MOS (Bi-MOS)集成电路,同时包括双极和 MOS晶体管的集成电路为 Bi-MOS集成电路，
综合了双极和 MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂优点是速度高、驱动能力强，
缺点是功耗较大、集成度较低功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高
18
规摸大小通常按集成度或每个芯片的门数来划分，
如下表所示（以逻辑 IC为例）。
集成电路规模的划分
IC规模的划分
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
芯片所含元件数
<102 102~103 103~105 105~107 107~109 >109
芯片所含门数
< 10 10~ 102 102~104 104~ 106 106~108 >108
此外，还有按其他标准的一些 IC分类，如按电路功能和所处理信号的不同，可分数字或逻辑 IC（ Digital/Logic IC）、模拟 IC
（ Analog IC）和数模混合 IC（ Digital-Analog Mixed IC）；根据所采用晶体管的不同，又可分为双极型 IC和 MOS型 IC。
19
按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路 (Small Scale IC,SSI)
中规模集成电路 (Medium Scale IC,MSI)
大规模集成电路 (Large Scale IC,LSI)
超大规模集成电路 (Very Large Scale IC,VLSI)
特大规模集成电路 (Ultra Large Scale IC,ULSI)
巨大规模集成电路 (Gigantic Scale IC,GSI）
尽管英语中有 VLSI,ULSl和 GSI之分，但 VLSI使用最频繁，其含义往往包括了 ULSI和 GSI。中文中把 VLSI译为超大规模集成，更是包含了 ULSI和 GSI的意义。
20
划分集成电路规模的标准请注意数字 IC和模拟 IC 规模标准的不同：数字
IC中有很多重复单元，特别是存储器电路。而模拟
IC中的各个单元都是经过专门设计的。
类别 MOS数字 IC 双极数字 IC 模拟 IC
SSI <102 <100 <30
MSI 102—103 100—500 100—300
LSI 103—105 500—2000 100—300
VLSI 105—107 2000 > 300 >
ULSI 107—109
GSI 109>
21
60年代 TTL,ECL出现并得到广泛应用 。 1966
年 MOS LSI发明 （ 集成度高,功耗低 ）
70年代 MOS LSI得到大发展 （ 出现集成化微处理器,存储器 ） VLSI,典型产品 64K DRAM,16
位 MPU
80年代 VLSI出现,使 IC进入了崭新的阶段 （ 其标志为特征尺寸小于 2?m,集成度?105 个元件 /片 ） 典型产品 4M DRAM(集成度 8?106,芯片面积 91mm2，
特征尺寸 0.8μm,晶片直径 150mm ),于 89年开始商业化生产,95年达到生产顶峰 。
集成电路发展简史
22
90年代 ASIC,ULSI和巨大规模集成
GSI等代表更高技术水平的 IC不断涌现，并成为 IC应用的主流产品。 1 G DRAM (集成度 2.2?109，芯片面积 700mm2，特征尺寸
0.18μm，晶片直径 200mm),2000年开始商业化生产,2004年达到生产顶峰。 集成电路的规模不断提高,CPU(P4)己超过 4000万晶体管,DRAM已达 Gb规模。集成电路的速度不断提高，采用 0.13μm CMOS工艺实现的
CPU主时钟已超过 2GHz，实现的超高速数字电路速率已超过 10Gb/s，射频电路的最高工作频率已超过 6GHz。
23
由于集成电路器件制造能力按每 3年翻两番，即每年 58％的速度提升，而电路设计能力每年只以 21％的速度提升，电路设计能力明显落后于器件制造能力，且其鸿沟 (gap)呈现越来越变宽的趋势。
工艺线建设投资费用越来越高。目前一条 8英寸 0.35μm工艺线的投资约 20亿美元，但在几年内一条 12英寸 0,09μm工艺线的投资将超过 100亿美元。如此巨额投资已非单独一个公司，甚至一个发展中国家所能单独负担的。
24
21世纪 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,纳米器件与电路等领域的研究已展开。英特尔曾于 2003年 11月底展示了首个能工作的 65纳米制程的硅片,Intel2004 年 8月宣布，他们已经采用 65纳米，生产出了 70Mbit的
SRAM。并计划于 2005年正式进入商业化生产阶段。使用 65纳米制程生产的芯片中门电路的数目是 90纳米制程的 1/3。 SRAM（静态存储器）
将用于高速的存储设备，处理器中非常重要的缓存就是采用 SRAM。
25
§ 2,描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标
1,集成度 （ Integration Level）是以一个 IC芯片所包含的元件 (晶体管或门 /数 )来衡量，（包括有源和无源元件） 。随着集成度的提高，使 IC及使用 IC的电子设备的功能增强、速度和可靠性提高、功耗降低、
体积和重量减小、产品成本下降，从而提高了性能 /价格比，不断扩大其应用领域，因此集成度是 IC技术进步的标志。为了提高集成度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构，现已达到 7层布线。从电子系统的角度来看，集成度的提高使 IC进入系统集成或片上系统 (SoC)的时代。
26
2,特征尺寸 (Feature Size) / （ Critical Dimension）
特征尺寸定义为器件中最小线条宽度 (对 MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度 )，
也可定义为最小线条宽度与线条间距之和的一半。
减小特征尺寸是提高集成度、改进器件性能的关键。
特征尺寸的减小主要取决于 光刻技术 的改进。集成电路的特征尺寸向深亚微米发展，目前的规模化生产是 0.18μm,0.15 μm,0.13μm,90nm工艺，
Intel目前将大部分芯片生产制成转换到 65nm 。下图自左到方给出的是宽度从 4μm~70nm按比例画出的线条。由此，我们对特征尺寸的按比例缩小有一个直观的印象。
特征尺寸从 4μm~70nm的成比例减少的线条
27
3,晶片直径 (Wafer Diameter) 为了提高集成度，可适当增大芯片面积。然而，芯片面积的增大导致每个圆片内包含的芯片数减少，从而使生产效率降低，成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。晶圆的尺寸增加，当前的主流晶圆的尺寸为 8吋，正在向 12吋晶圆迈进。
下图自左到右给出的是从 2吋～ 12吋按比例 画出的圆。由此，我们对晶圆尺寸的增加有一个直观的印象。
尺寸从 2吋～ 12吋成比例增加的晶圆
28
通过下图以人的脸面相对照，我们可以对一个 12吋晶圆的大小建立一个直观的印象。
一个 12吋晶圆与人脸大小的对比
29
4,芯片面积 (Chip Area) 随着集成度的提高，每芯片所包含的晶体管数不断增多，平均芯片面积也随之增大。芯片面积的增大也带来一系列新的问题。
如大芯片封装技术、成品率以及由于每个大圆片所含芯片数减少而引起的生产效率降低等。但后一问题可通过增大晶片直径来解决。
5,封装 (Package) IC的封装最初采用插孔封装
THP (through-hole package)形式。为适应电子设备高密度组装的要求，表面安装封装 (SMP)技术迅速发展起来。在电子设备中使用 SMP的优点是能节省空间、改进性能和降低成本，因 SMP不仅体积小而且可安装在印制电路板的两面，使电路板的费用降低 60％，并使性能得到改进。
30
Production Process Flow
晶圆片多探针测试，坏的芯片打标记
IC制造有以下 5个过程硅晶圆片 晶圆处理制程打字、最后测试 封装布满芯片的硅晶圆片
31
1946年 1月,Bell实验室正式成立半导体 研 究小 组,W,Schokley 肖克 莱,J.
Bardeen巴丁,W,H,Brattain布拉顿 。
Bardeen提出了表面态理论,Schokley给出了实现放大器的基本设想,Brattain设计了实验 。 1947年 12月 23日,第一次观测到了具有放大作用的晶体管
§ 3 微电子科学技术的发展历史
1,晶体管的发明
32
肖克莱
( William Shockley)
巴丁
(John Bardeen)
布拉顿
(Walter Brattain)
1910—1989 1908—1991 1902—1987
33
1956年 诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州景山（ Mountain View）贝克曼仪器公司半导体实验室的 肖克莱
（ William Shockley,1910—1989）、美国伊利诺斯州乌尔班那伊利诺斯大学的巴丁 （ John Bardeen,1908—1991）和美国纽约州缪勒海尔（ Murray Hill）贝尔电话实验室的 布拉顿 （ Walter Brattain，
1902—1987），以表彰他们在 1947年 12
月 23日 发明第一个对半导体的研究和
NPN点接触式 Ge晶体管效应的发现。
34
世界上第一个 Ge点接触型 PNP晶体管蒸金箔塑料楔金属基极锗发射极集电极
0.005cm
的间距
35
2,集成电路的发明
1952年 5月,英国科学家 G,W.
A,Dummer达默 第一次提出了集成电路的设想 。 1958年以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比 (Clair Kilby)为首的研究小组研制出了世界上第一块集成电路,并于 1959年公布了该结果
361958年第一块集成电路,TI公司的 Kilby,12个器件,Ge晶片获得 2000年 Nobel物理奖
37
1958年发明第一块简单 IC的美国 TI公司 Jack S.Kilby 杰克 ·基尔比、美国加利福尼亚大学的赫伯特 ·克勒默和俄罗斯圣彼得堡约飞物理技术学院的泽罗斯 ·阿尔费罗夫一起获得 2000年
Nobel物理奖，以表彰他们为现代信息技术的所作出的基础性贡献，特别是他们发明的 IC、激光二极管和异质晶体管 。
赫伯特 ·克勒默 杰克 ·基尔比 泽罗斯 ·阿尔费罗夫
38
青年基尔比 第一块集成电路集成电路草图
1958年 9月 12日,TI公司的 Jack S.Kilby在德州仪器半导体实验室展示了一个构造较为简单的设备。第一次将所有有源和无源元器件都集合到只有一个曲别针大小（不足 1/2英寸见方）的半导体材料上。这块集成电路共集成了十二个元件（两个晶体管、两个电容和八个电阻）。 Kilby本人也因此与赫伯特 ·克勒默和俄罗斯的泽罗斯 ·阿尔费罗夫一起荣获 2000年度诺贝尔物理学奖。
Ge 衬底上的混合集成电路，
美国专利号 3138743
39
1959年 美国仙童 /飞兆公司（ Fairchilds ）的
R.Noicy 诺依斯开发出用于 IC的 Si平面工艺技术，从而推动了 IC制造业的大发展。
1959年仙童 公司 制造的 IC 年轻时代的诺伊斯
40
由于集成电路器件制造能力按每 3年翻两番，即每年 58％的速度提升，而电路设计能力每年只以 21％的速度提升，电路设计能力明显落后于器件制造能力，且其鸿沟 (gap)呈现越来越变宽的趋势。
工艺线建设投资费用越来越高。目前一条 8英寸 0.35μm工艺线的投资约 20亿美元，但在几年内一条 12英寸 0,09μm工艺线的投资将超过 100亿美元。如此巨额投资已非单独一个公司，甚至一个发展中国家所能单独负担的。
41
§ 4 微电子发展的规律集成电路工业发展的一个重要规律即所谓 摩尔定律 。
Intel 公司的创始人之一戈登 ·摩尔先生在 1965年 4月 19日发表于,电子学杂志,上的文章中提出，集成电路的能力将每年翻一番。 1975年，他对此提法做了修正，称集成电路的能力将每两年翻一番。
摩尔定律现在的表达：在价格不变的情况下,集成电路芯片上的晶体管数量每 18个月翻一番，即每 3年乘以 4。 线条宽度每 6年下降一半 。
42
集成电路技术是近 50年来发展最快的技术表 1 微电子技术的进步按此比率下降，小汽车 价格不到 1美分年份特征参数
19 5 9 19 7 0-1 9 71 20 0 0 比率设计规则? m 25 8 0.1 8 14 0
电源电压
V
DD
( 伏）
5 5 1.5 3
硅片直径尺寸
（ mm ）
5 30 30 0 60
集成度 6 2? 10
3
2? 10
9
3? 10
8
DRAM 密度 （ b it) 1K 1G 10
6
微处理器时钟频率 ( H z)
75 0K 1G >1 0
3
平均晶体管价格 $ 10 0.3 10
-6
10
7
From S.M.SZE
43
§ 5 半导体 IC技术发展趋势
5.1 提高集成度的途径
1、微细加工技术的提高微细加工技术水平通常用特征尺寸 CD表征。影响微细加工技术极限的因素，主要是光刻精度。随着技术的不断发展，体现为 EUV（特短紫外光）的发展和电子束投影曝光技术的发展。 总的来看，微细加工技术是沿着如下轨迹持续推进的：
微米 3,2,1?m?亚微米 0.9?0.5?m?深亚微米
（?0.5?m）? 0.18?0.12?m? 纳米 （?0.1?m） 。 大约每代产品的特征尺寸缩小 0.7倍 。
44
2、芯片面积扩大随着 IC芯片功能的日益强大,电路系统也更加复杂,单芯片面积也不断增大,以容纳更多的元器件和子单元 。 单片面积已由 10mm2 扩大到 100mm2甚至几百 mm2。 大约每代产品的芯片面积增大 1.5倍 。
3、大圆片 Wafer，大直径化圆片大直径化的发展：
4″?5″?6″?8″?10″?12″?16″
（ 1″=1英寸 =2.54cm=25.4mm）
4、简化电路结构半导体 IC的持续发展，不仅有赖于材料和工艺技术的进步，还需要从设计的角度出发，开发新型的电路结构，以尽可能少的元件，实现预期的设计指标和性能。
45
5.2 VLSI发展的技术基础
1,先进的 IC生产线 或称为标准生产线 Foundry
包括七大要素 （ 水,气,试剂,材料,净化间,人,设备 ）,
① H2O IC工业用超纯水技术标准,电阻率?15 M?.cm
② Gas
半 导 体 工 业 所 需气 体 约为 三 十几 种,纯 度 要求
99.999%,主要杂质氮化物,水汽 。
③ Acid 纯度 99.999% 99.9999%
④ Material 高纯度的单晶材料,封装材料
46
⑤ Clean Room 超净间,真空传送和光刻等洁净度要求最高,对于 CD=0.35?m工艺净化级别要求达到 1级,当特征尺寸； CD小于 0.1?m后甚至要求 0级 。
⑥ Man 高素质,高层次的科技管理人才
⑦ Equipment 包括各种工艺设备,监控
Monitor和分析 Analyzer仪器
47
集成电路芯片生产厂大致上可分为三类
– 通用电路生产厂,典型 ——生产存储器和 CPU
– 集 成 器 件 制 造 商 (IDM—Integrated Device
Manufactory Co.),产品主要用于自己的整机和系统
– 标准工艺加工厂 或称代客加工厂,即 Foundry
Foundry名词来源于加工厂的铸造车间,无自己产品优良的加工技术 (包括设计和制造 )及优质的服务为客户提供加工服务客户群初期多为没有生产线的设计公司,但是随着技术的发展,现在许多 IDM公司也将相当多的业务交给 Foundry加工
48
Foundry功能要求行为级多工艺模块
p,DSP,E2PROM
& Flash,A/D,D/A
Wafer级封装后成品级逻辑级版图级
MASK
研究开发支持
Foundry建设
Foundry的建设必须采用系统工程的方法基本特征：
49
随技术进步，建厂费用呈指数增加，这时必然出现两种趋向：
–各相关公司联合建厂
IBM,Infineon与 UMC的联合
–将更多业务交给 Foundry，降低成本
Motorola已经表示到 2001年，将有
50%以上的产能需从外部提供日本 Kawasaki公司取消他们计划建设的 0.18?m的工厂，代之以与
Foundry的合作
50
制造集成电路的掩膜很贵。根据
SemaTech报告，“一套 130nm逻辑器件工艺的掩膜大约需 75万美元，一套 90 nm的掩膜将需 160万美元，一套 65 nm的掩膜将高达 300万美元”。然而，每套掩膜的寿命有限，一般只能生产 1 000个晶圆。工艺线投资的高成本和设计能力的普遍落后，导致多数工艺线走向代工 (代客户加工,Foundry)
的经营道路；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，为微电子领域发展提供了条件。
51
无生产线集成电路设计技术集成电路发展的过程中，数字电路曾经以其基本单元数量少，易于大规模集成而占据主导地位，其发展的总趋势是革新工艺、提高集成度和速度。在此过程中，电路设计大多在工艺制造单位内部的设计部门进行。这样的设计是有生产线集成电路发计。在这一阶段，无生产线单位一方面难以加入花巨额投资才有可能参与的工艺革新竞争行列，另一方面难以参与芯片设计和实现。
52
随着集成电路规模的爆炸式扩展，模拟数字混合集成系统的广泛需要，知识密集型的芯片设计变得比技术密集型的芯片制造重要起来。另 —方面，集成电路生产的高利润前景引发了众多生产线在世界各地的建造。
从而导致了集成电路产业生产能力的剩余，
即生产线“无米下锅”局面的出现。人们需要更多的功能芯片设计，从而促进了集成电路设计的发展并使得下少设计公司应运而生。
这些设计公司拥有设计人才和技术，但不拥有生产线，成为无生产线 (Fabless)集成电路设计公司。
53
在国外，现在已有众多这样的公司在运作，如美国硅谷就有 200多家 Fabless
集成电路没汁公司，其中有 50多家上市公司：台湾有这样的人中型公司 100多家。
芯片设计单位和工艺制造单位的分离，
即芯片设计单位可以不拥有生产线而存在和发展，而芯片制造单位致力于工艺实现 (代客户加工，简称代工 )，已成为集成电路技术发展的一个重要特征。
54
下图形象地给出集成电路的无生产线设计与代工制造之间的关系。我们可以沿着图中从代工单位左上行到设计单位、再右直行到代工单位、最后左下行到设计单位的 S曲线对整个集成电路设计和制造过程加以描述。
集成电路的无生产线设计与代工制造之间的关系设计单位代工单位
55
首先，代工单位将经过前期开发确定的一套工艺设计文件 PDK (Process Design Kits)
通过因特网传送 (或光盘等媒质邮寄 )给设计单位，这是一次信息流过程。 PDK文件包括工艺电路模拟用的器件的 SPICE参数，版图设计用的层次定义，设计规则，晶体管、电阻、
电容等元件和通孔 (via)、焊盘等基本结构的版图，与设计工具关联的设计规则检查 DRC
(Design Rule Check)、参数提取 (EXTraction)
和版图电路图对照 LVS (Layout-vc-Schematic)
用的文件。
56
设计单位根据研究项目提出的技术指标，在自己掌握的电路和系统知识基础上，利用 PDK提供的工艺数据和
CAD/DA工具，进行电路设计、电路仿真 (或称之为“模拟” )和优化、版图设计、
设计规则检查 DRC、参数提取和版图电路图对照 LVS，最终生成通常以一种称之为 GDS-II格式的版图文件,目前基本上都是通过因特网传送给代工单位。这也是一次信息流过程。
57
代工单位根据设计单位提供的 GDS-II
格式的版图数据，首先制作掩膜 (Mask)，
将版图数据定义的图形固化到铬板等材料的一套掩膜上。一张掩膜一方面对应于版图设计中一层的图形，另一方面对应于芯片制作中的一道或多道工艺。正是在一张张掩膜的参与下，工艺工程师完成芯片的流水式加工，
将版图数据定义的图形最终有序地固化到芯片上。这一过程通常简称为“流片”。
58
根据掩膜的数目和工艺的自动化程度，一次流片的周期约为 2个月。代工单位完成芯片加工后，根据路程远近，利用飞机等不同的快速运输工具寄送给设计单位。
设计单位对芯片进行参数测试和性能评估，符合技术要求时，进入系统应用。从而完成一次集成电路设计、制造和测试与应用的全过程。否则就需进行改进和优化，才能进入下一次循环。
59
5.3 21世纪微电子芯片技术展望
21世纪硅微电子芯片将沿着以下四个方向发展,1、继续沿着 Moore定律前进； 2、片上系统（ SOC）； 3、灵巧芯片，
或赋予芯片更多的灵气； 4、硅基的量子器件和纳米器件。
1,特征尺寸继续等比例缩小,沿着 Moore定律继续高速发展所谓 Moore定律 是在 1965年由 INTEL公司的 Gordon.Moore
提出的，其内容是硅集成电路按照 4年（后来发展到 3~4年）
为一代、每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小 30%、
IC工作速度提高 1.5倍等发展规律发展。
Gordon E.Moore
博士 -1965年
60
沿着 Moore定律发展,必然会提出微电子加工尺度和器件尺度的缩小有无极限的问题,对于加工技术极限,主要是光刻精度，随着技术的不断发展，体现为 EUV（特短紫外光）的发展和电子束投影曝技术的发展。现在看来，这一极限在近期内将不会影响芯片的进步。另一方面，来自器件结构（ MOS）晶体管的某些物理本质上的限制，如量子力学测不准原理和统计力学热涨落等，可能会使 MOSFET缩小到一定程度后不能再正常工作，这就有可能改变今日硅芯片以 CMOS为基础的局面。
61
为了突破 MOS器件的物理极限，发展下一代微电子芯片，科技界正在研究各种可能的新一代微电子器件，包括：单电子晶体管、量子隧道器件、分子器件（或统称纳电子学）、厚膜器件和功能器件等等。如果它们中有所突破，
那么只要信息化社会发展有需要，微电子芯片仍将沿着 Moore定律发展。
62
2、片上芯片（ SOC）：微电子由集成电路
（ IC）向集成系统（ IS）发展片上芯片（ System On a Chip）的概念是 20世纪 90年代提出来的，它的目标是为了克服多芯片集成系统所产生的一些困难，通过提高芯片集成的系统功能以获得更高的系统性能。
例如，现在的 CPU芯片已可做到延时小于几十 ps皮秒的工作速度，可是如果存储器芯片仍是分离于 CPU，则由于存取时间及访址延时等限制，这一高速度在计算系统中根本就不能发挥出来。这就要求把它们有机地集成到一个芯片上去。又如，即便使用光束传输信号，其延时也有 3.3皮秒 /毫米。所以把高速传输的信号引出芯片，通过 PCB来将多芯片集成系统的方法显然已不可行。
63
实际上，即使是封装与芯片压焊块间的连线，由于寄生效应，今后在高速芯片中也要被取消。而采用所谓芯片尺寸封装（ CSP），即封装的大小与芯片大小相一致而直接采用倒装焊，显然也会大大限制引出线的数目。实际上也只有把更多功能集成到一个芯片上才能解决今后的管脚数“爆炸”、测试困难和成本高等一系列问题。
由此可见,SOC是微电子芯片进一步发展的必然方向。 90
年代以来,SOC已成为微电子芯片技术发展的热点，现在其市场占 IC总市场份额的 10%以上，预估,21世纪初期可达 50%以上。现在的 SOC发展还在初级阶段，需解决一系列工艺（如
DRAM,Flash与 Logic技术的兼容）、设计（如 IP模块 — 智权模块，又称 IP核 Intellectual-Property Core）技术和设计方法、测试策略及可测试性等技术课题。
64
现在的 SOC芯片有三种主要类型，一种是以 MPU为核心，集成各种存储器、控制电路、
时钟电路，乃至 I/O和 A/D,D/A功能于一个芯片上；另一种是以 DSP为核心，多功能集成为
SOC；再一种则是上两种的混合或者把系统算法与芯片结构有机地集成为 SOC。它们在 IP利用率、通用性、芯片利用率、性能以及设计周期等方面各具优缺点，因此当前兼容共存。
65
系统应用与芯片设计将更紧密的结合,IP模型日显重要要努力使系统设计工程师与芯片设计工程师之间的 Gap逐步消失。
系统与应用芯片设计
HW & SW
Codesign
系统集成芯片 (SOC)
66
① L-E
② P&R
③ Synth
④ SoC
58%
20%
设计技术发展跟不上应用发展和加工技术的发展，呼唤 IP模块。
67
IP developing,
IP searching,
IP integration,
IC Design
(IP reuse)
IP
From:严晓浪（略有修改）
68
3、赋予微电子芯片更多的“灵气”
微机械电子系统（ MEMS）和微光电机系统
（ MOEMS），生物芯片（ biochip）等是 20世纪 90年代初快速热起来的新技术，被称为硅半导体技术或微电子技术的又一次革命。它的核心是把电子信息系统中的信息获取、信息执行与当前信息处理等主要功能集成于一个芯片上（它们在当前的计算机系统中是分立的）。
69
从机械,光学,化学和生物等机,器件或系统来看,除了微型化以外,它还赋予这些器件和系统以一定的处理智能 。
从电子信息系统芯片看，这一技术等于把原来的电脑芯片集成了五官和四肢，并使之成为一个有机体
，所以说这使芯片增加了“灵气”。硅 MEMS（包括光机电、生物机电、化学机电与系统）发展的根据是
：硅不仅是很优秀的电子材料，而且，作为半导体，
它也是对各种环境能作出灵敏反应的很好的传感器材料，它的屈服强度、杨氏模量、热膨胀性能等均不亚于不锈钢。因此，它还是很好的机械材料。
70
在微电子工艺技术基础上，通过多年的研究开发，现在，
把整个 MEMS系统集成于一个芯片上的“灵巧”芯片技术已经逐渐成熟,MEMS各类器件和系统的年产值已经达到以百亿美元计的水平。在实验室中或小批研制中已出现了如 微型化学实验室芯片、微光学平台芯片,乃至包括 DNA芯片在内的各种生物芯片 等等。这些芯片不仅由于其“微”（体积小），更因其反应速度快，能耗和材料消耗少，以及更符合环保条件等而备受注视。各种灵巧芯片无疑在 21世纪将大展威力，成为促进信息社会迅速发展的又一技术支柱。
如果在过去 40年人们可以用制作的工艺尺寸（如用多少微米或亚微米技术）的精细度来标志微电子芯片的水平，那么在今后的 40年里，人们更需用芯片具有多大“灵气”来描述其先进性了。
71
4、硅基的量子器件和纳米器件前者理论是清楚的，但从器件发展到电路，所需的技术仍处于发展之中，
要进入到比较普遍的应用估计仍需一二十年的时间。至于纳米器件，目前多以原子和分子自组装技术与微电子超深亚微米加工技术相结合的方法进行，特别是近年来碳纳米管的发展令人注目，在速度、集成度、特别是功耗方面都将有重大突破，但离开实际应用可能比硅基量子器件要更远一些。 原文见王阳元院士在“纳米 CMOS器件”书中写的序
（ 2004年 1月科学出版社出版）。
72
§ 6 我国微电子发展概况
1,我国微电子学的历史
1956年五校在北大联合创建半导体专业：北京大学、南京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学。教师：黄昆、谢希德（女）、高鼎三、
林兰英（女）；学生：王阳元、许居衍、陈星弼、秦国刚 …
2003年 9月成立 9个 国家 IC人才培养基地
– 北大、清华、复旦、浙大、西电、上交大、成电、
东南、华中科大
73
人才培养,北大，清华，复旦大学，浙江大学，西安交通大学，上海交通大学，华中科技大，电子科技大学，
西安电子科技大,华南理工大学,哈尔滨工业大学,西北工业大学,上海同济大学,北京航空航天大学,东南大学。
15个 IC人才培养基地
Peking University
74
1982年：成立电子计算机和大规模集成电路领导小组
80年代：初步形成三业分离状态
– 制造业、设计业、封装与测试业到 2001年 12月 29日深圳获批为止，科技部依次批准了上海、西安、无锡、北京、
成都、杭州、深圳共 7个 国家级 IC设计产业化基地 。除了这 7个城市外，据悉还有武汉、长沙、哈尔滨、珠海等多个城市申请，但未获批准。
75
集成电路产业由集成电路 设计,芯片加工,封装与测试 三大部分组成。
随着 IC设计的重要性的凸显及我国 IC设计大环境的改善,IC设计企业规模小、水平较低等，日益成为困扰我国 IC业发展的难题，其中，
IC高级设计人才的匮乏成为尚处于起步阶段的我国集成的最突出的难题。虽然我国每年约有
40万理工科大学生毕业以及数千名从海外回国的技术人员，但其中真正与 IC设计相关的专业人才却非常有限。我国是一个集成电路（ IC）
的“消费大国”，但同时又是一个 IC的“生产小国”。
76
北京上海无锡杭州深圳西安成都全国共有 7个 IC产业化基地设计业已经有典型产品出现：
嵌入式 CPU:方舟,龙芯,CPU,
中星微 (世界市场份额 40%)
IC卡,华大,清华同方,大唐等,国内市场 10亿件 …
77
我国国产 IC约占世界半导体销售额的
1％，国内市场满足率不到 20％。要发展我国的 IC产业,IC设计是当务之急，而核心技术的实现依赖的是高水平 IC设计人才。
前些年我国的电子产品虽然发展很快，
但几乎所有国产大型家用电器的关键芯片、
国产手机的核心芯片、国产计算机的主要芯片，大都不是国产的，不是我国设计师设计的。其中的原因是，在集成电路（ IC）领域里最能体现核心竞争力的我国集成电路设计，
其发展正在为人才所困。
78
据不完全统计，根据全国半导体行业协会集成电路设计分会在 2002年 10月的统计，国内从事集成电路设计的公司
（或组织）约 390家,2002年底己超过
400家，目前己达 600家。而在 2000年底这一数字仅为 100家左右。但是相对雨后春笋般诞生的设计公司，设计人才特别是高级人才的极度匮乏成为日益突出的大问题：一些新开办的设计单位，公司注册了、牌子也挂了，却到处找不到高水平的设计师，虚位以待的情况比比皆是。更糟糕的是由于设计师的紧缺，导致了各用人单位之间对这类人才的恶性争夺。
79
集成电路设计是资金密集型、技术密集型和智力密集型的高科技产业,其中资金和技术均可以通过一些方式全面引进，但 IC设计人才必须以自己培养为主，这已经成为业内人士的共识。赛迪顾问认为，随着 IC设计人才供需矛盾的日益突出，应采用各种手段大力鼓励不同途径的 IC设计教育和培训，除高等院校的正规教育外，国家应尤其鼓励工业界和科研界联合运作教育和培训项目。借助政府、高校,EDA厂商,IC设计企业以及整机企业等各方面力量，合作、交流、培训等多种方式相结合，为我国 IC设计业培养不同层次的 IC人才，是集成电路的发展至关重要的智力资源保障。
80
最近几年，很多国外公司和台湾公司把生产线建到了上海。随着我国集成电路产业的加速发展，由国家支持成立了以北京、上海为龙头的 7个国家级产业化基地，各地也出现了一大批集成电路企业，其中约 600家是集成电路设计企业。据 2001年 12月上海半导体和 IC
研讨会发布的消息，到 2008年，中国 IC产业对 IC设计工程师的需求量将达到 25万人，而目前只有不到 4000名。 IC设计是新兴学科，
现在高校里，和 IC最相近的专业是微电子。
81
在短短的半年多时间里，上海中芯国际、上海宏力微电子、北京首钢、北京信创、天津摩托罗拉等一批中高水平的集成电路生产线相继开工建设或即将建设，形成了我国有史以来最大的一次建设集成电路生产线的高潮。
上海还定出了宏伟的发展目标：建成以张江高科技园区为核心，以金桥出口加工区和外高桥保税区为延伸的微电子产业基地，计划 "十五 "期间吸引集成电路产业投资 150亿美元，建成并投产
10～ 15条 8～ 12英寸集成电路生产线及配套封装、测试线和设计公司。
82
北京立即跟进，出台了优惠政策，
为集成电路企业提供“七通一平”的土地，并优选出八大处高科技园、北京林河工业开发区、北京经济开发区作为北方微电子生产建设基地。规划到 2005年以前，建设 5～ 8条 8英寸 0.25微米以上水平的生产线,2005～ 2010年再建设 10条更高水平的生产线。
83
我国集成电路设计企业现已形成了五 百家的产业规模，其中具备一定设计规模的单位有 20多家，留学海外，学有所成，回国创业的海外学子已成为 CAD
行业的一支重要力量。除独资设计公司外，国有集成电路设计公司 2000年的总销售额超过了 10亿元，其中北京华大、
北京大唐微电子、杭州士兰公司和无锡矽科 4家设计公司的销售额超过了 1亿元。
目前，国内每年设计的集成电路品种超过 300种，大部分设计公司的技术水平在
0.8~1.5微米之间，最高设计水平可达 0.13
微米。
84
中国主要的高科技城市一直盯着集成电路 (IC)设计产业。如果说在 2000年和 2001年他们争夺的是台湾芯片加工服务厂 (foundry)的 8英寸芯片生产线西移项目的话 (当然，这种竞争至今仍在继续 )。
那么从 2001年下半年至今，他们争夺的则是国家科技部的青睐 --科技部手里捏着一顶名叫“国家级集成电路设计产业化基地”的桂冠，谁获发一顶受益无穷。
85
目前，我国集成电路产业已具备了一定的发展基础，初步形成了由 8个芯片生产骨干企业，十几家封装厂、几十家设计公司、若干个关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，并初步形成了电路设计、芯片制造和电路封装三业并举的局面。
86
2,我国集成电路的发展现状
2002年中国信息技术趋势大会上专家指出的 IC技术是 IT领域热点技术之一； IC是整个电子信息产业乃至国民经济的基础。
目前我国的半导体集成电路生产分为三大类：
– IC设计公司（ Fabless，无生产线 ）
国内半导体芯片厂家的主流产品是 5至 6英寸硅片，大约占总量的三分之二强。随着上海华虹 NEC公司 8英寸生产线的投产,6至 8英寸硅片的需求量将上升。
– 芯片加工厂（ Foundry）
我国集成电路芯片制造业现己相对集中,主要分布在上海、
北京、江苏、浙江等省市。
– 后工序（测试、封装、设备）
其中 IC设计以人为主，脑力密集型，属高回报产业。
87
3,我国集成电路生产能力方面：
93年生产的 集成电路为 1.78亿块，占世界总产量的
0.4%，相当于美国 1969年的水平，日本 1971年的水平。
96年为 7.09亿块，而 1996年国内集成电路市场总用量为 67.8亿块,国内市场占有率仅为 10％。
99年为 23亿块,销售额 70多亿元，国内市场占有率不足
20％，绝大部分依靠进口。
2000年需求量为 180亿块，预计可生产 32亿块。
总之，我国集成电路产业的总体发展水平还很低，与国外相比大约落后 15年。但是，目前已具备 0.25微米芯片设计开发和 0.18微米芯片规模生产能力，以,方舟,,
,龙芯,为代表的高性能 CPU芯片开发成功，标志着我国已掌握产业发展的部分重大核心技术。
88
中国半导体产业发展从产业热土的长江三角洲，到市场繁华的珠江三角洲，从长于研发的北方，到人才集聚的西部，有人把这种产业布局，比喻是一只正在起飞的娇燕。其中 长江三角洲是燕头，京津环渤海湾地区和珠江三角洲是双翅，而西部是燕尾 。中国的 IC产业正是以这种燕子阵形的区域格局向前推进。
4,我国微电子发展展望
89
1) 长江三角洲地区以上海、江苏、浙江为主的长江三角洲，初步形成了开发、设计、芯片制造、封装测试及支撑业和服务在内的完整的 IC产业链。 IC业界所期待的，关乎产业发展环境的“聚集”效应在这里显现。并在整个中国 IC产业格局中举足轻重。
长三角地区集成电路产业基础雄厚，这里有国家,908”、,909”主体工程，集中了集成电路芯片制造和封装的骨干企业，杭州士兰等一大批民营 IC企业在这里迅速成长。国务院 18号文件颁布后，这里更成为集成电路投资的热土。中芯、
宏力、和舰等纷纷在这里投资建芯片制造厂，英特尔等一大批国际知名大企业在这里新建或增资封装厂；而科技部布点在这里三个 IC设计产业化基地。更是推动着这里设计业的增长，仅上海的
IC设计企业就有 100家之多。
90
江苏：具备良好的 IC产业发展基础江苏省半导体产业目前已经形成了设计、
芯片制造、封装、测试、配套材料完整的产业格局，有着良好的基础，在国内同行业中具有明显的比较优势。以苏州、无锡、昆山为主的产业分布充分发挥了产业发展的聚集，辐射和示范作用。并为进一步参与国际竞争奠定了坚实的基础。
目前，江苏省半导体产业已具备了 0.18微米设计技术的 0.6微米的大生产技术和 6英寸硅片月产 1万片的生产能力，年产集成电路芯片 2
亿块、封装集成电路 15亿块，晶体管生产超过
20亿只，以及比较完整的材料及设备支撑配套体系。 2001年集成电路产业销售额达到 30亿元，
并成为我国集成电路产业重要基地之一。
91
浙江：找准半导体产业特色定位浙江省微电子产业的发展从“六五”期间起步。当时，大功率管、塑封三极管等分立器件的开发和生产是浙江省微电子产业的主要内容。在“七五”和“八五”期，浙江省的微电子产业进入调整期，集成电路芯片业开始起步。
经过十几年的发展，浙江省的微电子产业发展格局发生了重大变化，尤其是近两年“天堂硅谷”战略的实施，使全省掀起了新一轮发展集成电路产业的高潮。
目前，浙江省与集成电路有关的在建项目共
41项，总投资 81.3亿元。
92
2) 京津环渤海湾地区以北京为中心，包括天津、河北、
辽宁、山东组成的京津环渤海湾地区，
与长江三角洲的整体产业优势相比，仅仅是一个地理上的概念。京津环渤海湾地区借助地理相近的特点，形成了集成电路产业发展的另一区域优势。
93
3) 珠江三角洲地区正在成为国内乃至全球的电子制造业中心的珠江三角洲，在 IC产业的几个区域中，占尽市场之利。
仅以深圳为例子,2001年深圳市直接使用的 IC产品总价值超过 25亿美元，约占全国市场的 15%，通过深圳市场流通到全国的 IC产品达 40亿美元以上，约占全国的 30%。
依托珠三角地区电子信息产业的巨大市场，珠三角的集成电路产业就有了腾飞的翅膀。在珠三角，
以中兴、华为、深圳国微、珠海炬力等单位为代表的 IC设计业较为发达。有许多设计公司总部虽然不在深圳，但在深圳却设有窗口，投资 10亿元瞄准高端 IC测试市场的广州集成电路测试中心，正是看中了珠三角巨大的 IC市场。
94
目前广东省半导体主要厂家有：深圳赛意法微电子有限公司、珠海南科电子有限公司、广东风华高新科技集团有限公司、澄海电子有限公司、新会市硅峰微电子科技有限公司、珠海华晶微电子有限公司、深圳科鹏微电子有限公司、
佛山市半导体器件厂、佛山 电子有限公司，深圳深爱半导体有限公司、汕头华汕电子器件公司等。
95
4) 西部地区随着国家西部大开发战略的实施，以西安、
成都、重庆为主的西部将不断迎来新的发展机遇。西部有人才积淀和科研院所的集中优势，
更有两个国家集成电路设计产业化基地，目前西部地区的 IC设计单位已经发展到 30余家并且还在快速增加，发展设计业将成为西部的首选。
西安：注重人才与产业相结合四川：完善产业链重庆：建设西部模拟电路生产基地
96
中国 IC设计产业分布图
97
企业数量 产值 (千万元 ) 员工数量
IC设计业
(千万元 )企业数量近三年，销售额年增长约 50%。
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0
6000
12000
18000
24000
30000
2001 2002 2003
98
5,IC设计业面对严峻形势到去年底，中国 IC设计业走过了初创的十年，今年迎来了新十年的头一年。“我们面临的形势非常严峻。”中国半导体行业协会集成电路设计分会王芹生理事长在新十年论坛开幕前向记者说。这一严峻形势主要来自中国本土 IC产品远远不能满足国内市场需求，而且，随着中国对 IC需求的高速增长，这一供需缺口还在快速扩大。
99
王芹生理事长介绍说，虽然在过去十年的发展中，中国 IC设计业涌现出 17家营收过亿元的企业，
设计业总销售额在去年也达到 81.5亿元，但去年，
我们进口了 583.7亿块集成电路，进口额达到 546.2
亿美元，占我国各行业进口总额的 9.7%。这一进口额是备受关注的石油进口额的 1.3倍，钢材的 1.7
倍，数值非常惊人。“虽然我国有许多电子整机产品形成了贸易顺差，如去年手机的贸易顺差为 242
亿美元，笔记本为 200亿美元，显示器为 111亿美元，
但这其中大部分顺差要用来抵消 IC产品高达 496亿美元的贸易逆差。”王芹生理事长说。而且，这一缺口还在逐步增大。中国半导体行业协会理事长俞忠钰举例说：“去年，全球笔记本产能向中国内地转移，使国内市场对通用 CPU的需求增长了 69.6%，
而 MP3市场带动了 DSP产品的增长，消费产品市场也拉动了对 MCU产品的需求，但我国 IC设计业还缺乏这类微电子器件。”
100
2005年，我国已经超过美国，成为全球第一大 IC消费市场，与此同时，由于本土 IC设计业总销售额仅占全球市场的 3%，
这一产业规模使我国的 IC贸易逆差也成为全球第一。
知识产权的申请情况也从另一个侧面反映出我国自主创新能力薄弱，缺乏核心技术的现状。以专利为例，上海硅知识产权交易中心统计的数据表明，截止到 2004
年底，全球有 102.42万件集成电路方面的专利，其中中国专利为 2.73万件，这其中本土企业仅申请了 4791件，数量非常少。
101
自主创新是新十年主旋律中国芯自主创新力量薄弱，也影响了环相扣的中国电子信息产业链的正向循环。例如，
我国整机企业一直不能摘掉组装和加工的帽子，
依然仅能赚取微薄的加工利润，因此，政府和行业协会都提出，在“十一五”期间，自主创新将成为产业发展的战略重点。继 18号文件后，
财政部、信息产业部及国家发展和改革委员会三部委又联合发布了 132号文件，即,集成电路产业研究与开发专项资金管理暂行办法,。
根据实施细则和今年的项目指南，今年国家将拨出 1亿元到 2亿元左右的专项基金用于支持企业研发。目前，申报工作已经结束。 IC产业通过一系列的自主创新，争取在“十一五”末能够满足 30%的国内整机需求。
102
2007年中国集成电路产业回顾和中国集成电路产业发展态势分折
103
1、产业发展速度与进展
2007年中国集成电路产业快速发展，销售额规模在 2006年首次突破 1000亿元的基础上继续较快增长，达到 1251.3亿元；同比增长 24.3%亿元；
其中 IC设计业增长 21.2%；规模为 225.7亿元；芯片制造业增长 23%，规模为 397.9亿元；封装测试业增长 26.4%，规模达到 627.7%，规模达到 627.7
亿元。
在产业规模继续快速扩大的同时，中国集成电路产业在提高自主创新能力、拓宽投融资渠道等方面也取得了新的进展，具体表现在：
104
（ 1）自产创新能力有新提高
2007年国内集成电路技术水平进一步提升，涌现一批创新产品与技术。在中国半导体得业协会、电子材料协会、
电子专用设备协会和中国电子报社联合举办的 2007年度中国半导全创新产品和技术评选中,35项产品与技术获奖，范围涵盖了：集成电路产品、集成电路制造技术、封装测试技术、分立器件、关导体材料，以及半导体设备仪器。
105
在获奖的集成电路产品中，移动应用处理器、基带芯片、射频收发、数字多媒体，音视频处理、高清数字电视、图像处理、存储控制以及音频功率放大、数字 FM调频发射等是目前国内 IC设计领域产品创新的主要方面；而在制造技术领域，先进制造技术、特色产品技术与绿色制造则成为创新热点；半导体设备仪器与半导体材料在 2007年取得多项研发成果，并在此次评选中占据重要地位，其中包括 8~12共英寸芯片制造设备、先进封装设备、太阳能光伏电池制造等 7项，硅片、塑封料,HF酸、电镀添加剂等 7项。这说明国内半导体产业链不断完善，集成电路支撑配套领域的自主创新能力在快速提高。
106
（ 2）产业投融资渠道进一步拓宽
2007年国内电子器件行业累计完成投资 907.8亿元，同此增长 41.3%，对整个电子信息行业投资增长的贡献率达到
46%，在全行业投资增长 27.9个百分点中占 12.8个百分点。其中，集成电路行业投资项目集中,2007年完成投资近 300亿元，
增速达到 36.3%。
在企业境内外上市融资方面,2007
年又有展讯通信、南能富士通、天水华天等数家半导企业分别因美国纳斯达克和国内上市，至此国内半导体领域上市公司已经达到 19家。
107
2,2007年产业发展分析在产业发展取得诸多成绩的同时也要看到,2007
年中国集成电路产业增长速度较前几年有所放缓，其年度销售额增幅比 2006年回落 11.9个百分点，也低于
2007年初人们普遍预期的 30%左右的增幅。在激烈的市场竞争下，全行业增速从前几年的超高速度放缓下来，部分企业经营业绩出现负增长，这些都是市场经济条件发展减速的原因是多方面的，既受全球半导体市场减速的影响，又有产业自身发展中存在的各种矛盾和问题。同时，也与人民币汇率上升、材料等制造成本增加等宏观条件有关。针对国内 IC设计业、制造业、封装测试业，深入分析这些影响因素，并积极加以就应对，这是当前的重要任务。
从 IC设计业来看,2007国内 IC设计业 21.2%的增幅不仅比 2006年 49.8%的增幅有较大回落，也是首次低于全行整体增幅。
108
从市场层面分析，在新的集成电路产品开发上虽然有许多亮点，但尚未形成规模。 3G、
数字电视等新兴市场由于受到标准、牌照、运营商整合等多方面因素影响，市场发展不如人意。一些企业产品单一，前几年开发并批量生产的国家第二代身份证芯片,MP3芯片等市场渐趋饱和。包括 MP3芯片在内的消费类集成电路市场竞争激烈，企业之间的价格战愈费类集成电路市场竞争激烈，企业之间的价格战愈演愈烈。这些都是造成 2007年 IC设计业增长速度放缓，部分设计企业市场销售业绩出现下滑的重要原因。
109
虽然如此,2007年国内 IC设计业仍然保持了稳定增长的态势。通信类 ASIC芯片、基带芯片,SIM卡、机顶盒芯片,MCU的产品领域都有较快增长,2007年国内十大集成电路设计企业中的展讯通信、深圳海思、中国华大和大唐微电子都有 17~42%的年增长率，杭州国芯、中颖电子等企业分别取得 70%和 30%的发展。目前国内从白牌手机、数字电视、机顶盒,CPS
芯片、电子标签等通用市场，到电子计量、信息安全等利基型 市场，都有着巨大原发展空间，
关键看国内 IC设计企业如何抓住这些市场机遇，
实现企业成长。
110
在芯片制造业方面,2007年国内芯片制造业 23%的增幅虽然比 2006年的 32.5%有所回落，
但仍大大高于全球（如根据台湾工研院的数据，
2007年中国台湾芯片制造业衰退了 5.1%）。这主要得益于新增投资动下的产能扩充。无锡海力士 -意法 12英寸生产线迅速达产，全年实现销售收入 93.59亿元，比 2006年增长了 2.9倍，拉动 2007年国内芯片制造业整体规模的扩大。中芯国际、华虹 NEC等一批企业扩产。宏力半导体、华润上华、上海新进等企业 2007年销售收入都有较大幅度的增长。
111
同时我们也要看到，目前国内 8~12
英寸代工生产线主要订单来自境外，全球半导体市场减速对这些企业的产能利用产生一定影响，同时，存储器、模拟电路等产品代工价格大幅下滑、拖累了相关代工企业的业绩表现，一些企业在
90纳米方面的订单受全球存储器价格下降的影响有所下降。再者,2007年美元兑人民币汇率由年初的 1:7.9下降至年末的 1:7.2，也拉低了以人民币结算的企业业绩。
112
在封装测试领域，各主要厂商 2007
年进行了大规模的扩产。长电科技投资
20亿元建设的年产 50亿块 IC新厂在 2007
年正式投入使用，三星电子苏州半导体公司第二工厂建成投产，飞思卡尔、奇梦达,RFMD、瑞萨等企业也分别对其国内的封装企业进行了增资扩产。 2007
年度国内十大半导体封装测试企业的销售收入大多数均有两位数的提升，从而拉动了 2007年国内封装测试业的增长，
带动 2007年国内封装测试业实现了 26.4%
的增速。
113
中国集成电路产业发展态势分折
2008年 1月中旬以来的信息：
Intel大连项目已获批准采用 65nm技术；
IBM与中芯国际进行 45nm技术合作；
AMD选址成都成立其亚洲第二大研发中心；
Intel与山东省政府签署设备销售与技术转让协议，东芝也宣布了股方正微电子并转让其 BCD技术；
AMD与山东省签署集成电路合作备忘录；
松下投资 100亿日元在苏州建设半导体封装二厂；
Cypress选择宏力为其生产电子自动车发动机控制芯片；
IBM与雷曼兄弟公司投资芯原微电子
ADI与南瑞断保电器公司成立联合实验室等。
114
115
116
结束语
2000年：以集成电路为基础的电子信息产业成为世界第一大产业硅是地球上除氧以外含量最丰富的元素，但它现在已经成为知识创新的载体，价值千金。这是典型的“点石成金”
采取正确的战略，就可以在集成电路领域就有可能后来居上至少在今后 50年，微电子技术仍会高速发展
117
我们国家的半导体集成电路研究几乎和世界同时起步。但是经过几十年的风雨与磨难，现在才终于迎来产业大发展的春天。国家制定了发展微电子技术的各项优惠政策，
与国际接轨的集成电路制造厂纷纷成立，海外学子开始回流，国内许多其他专业的学生也在向微电子专业靠拢。这预示着中国半导体集成电路产业的明天必将灿烂辉煌。
集成电路原理电子科技大学 成都学院 微电子技术系任课教师 张开华教授
2
序
“集成电路原理”课在本专业所占的地位本课程的任务是,在巩固电子类专业基础课（电路分析、数电、模电）及相关专业课程（半导体物理、微电子器件）的前提下，学习并掌握 IC的基本单元结构、工作原理及其电学特性； 集成电路工艺及其进展，能进行集成电路的拓扑及版图的分析与设计。
3
通过本课程的学习，要求学生基本掌握双极 IC、数字 CMOS
集成电路中的倒相器的电路特性和版图，掌握逻辑门、传输门和触发器电路，了解动态电路；掌握双极模拟电路的基本子电路 (如电流源，基准源等 )的工作原理和特性，掌握双极基本运算放大器的性能分析和设计方法。
4
教材
1.,半导体集成电路,朱正涌编著，
张开华主审,清华大学出版杜
2001年,高等学校工科电子类规划教材
2.,半导体集成电路,,张开华编著，东南大学出版社,1995年,高等学校工科电子类规划教材 。
5
绪 论
§ 0,前言
§ 1,IC的分类
§ 2,描述 IC工艺技术水平的五个技术指标
§ 3,微电子科学技术的发展历史
§ 4,微电子发展的规律
§ 5,半导体 IC技术发展趋势
§ 6,我国微电子发展概况
6
§ 0,前言目前最基本的电子器件主要有三大类,
电子管也称为真空管 (Vacuum tube),它是在一个抽成真空的玻璃泡中封有一些电极而制成的。图 1是各种真空管的照片，真空管是第一代电子器件。
图 1
7
半导体器件是二十世纪五十年代发展起来的，特别是 1948年晶体管
（,Transistor” is short for,Transfer
Resistor” ）的发明，对电子技术的发展起到了决定性的作用。图 2和图 3是各种半导体二极管和三极管的照片。
图 2 各种半导体二极管的照片 图 3 各种半导体三极管的照片
8
随后在半导体器件的基础上发展起来的集成电路，使电子技术进入了一个新的里程碑。集成电路的不断发展，从小规模集成电路到中规模、
大规模集成电路，以及发展到 超大规模集成电路 。可以把过去一台仪器所包括的电子电路集成到一块芯片之中。图 4是各种集成电路的照片。
图 4 各种集成电路的照片
9
第一代,电子管计算机 （ 1946~1955)
第二代,晶体管计算机 (1955~1964)
第三代,集成电路计算机 (1964~1970)
第四代,VLSI计算机 （ 1971年 --现在）
第五代,智能化计算机
10
第五代,智能化计算机主攻目标 ——让计算机具有人的听、
说、读、写和思维推理能力神经网络计算机用数据单元模拟人脑的神经元，并利用神经元结点的分布式存储和相互关联来模拟人脑活动生物计算机使用蛋白分子为主要原料制成的生物芯片构成，存储能力巨大，而且以波的形式来传播信息
11
什么是集成电路？
Integrated Circuit，缩写 IC
通过一系列特定的加工工艺，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，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能
12
几个概念微电子学,Microelectronics
– 一门学科，一门研究集成电路设计、制造、测试、封装等全过程的学科半导体,Semiconductor
– 内涵及外延均与微电子类似，是早期的叫法集成电路 IC（ Integrate Circuit）,
– 一类元器件的统称，该类器件广泛应用于电子信息产业，几乎所有的电子产品均由集成电路装配而成芯片,chip/die
– 没有封装的集成电路，但通常也与集成电路混用，作为集成电路的又一个名称集成系统芯片 SoC（ System on a Chip）：
– 微电子学和集成电路技术发展的产物，指在单芯片上实现系统级的功能
13
微电子的特点微电子学：电子学的一门分支学科微电子学以实现电路和系统的集成为目的,故实用性极强 。
微电子学中的空间尺度通常是以微米 (?m,1?m＝ 10－ 6m)和纳米 (nm,
1nm = 10-9m)为单位的 。
微电子学是信息领域的重要基础学科
14
微电子学是一门综合性很强的边缘学科
– 涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科微电子学是一门发展极为迅速的学科，
高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，
例如微机电系统 (MEMS)、生物芯片等
15
根据工艺和结构的不同，可将 IC分为三类：
半导体 IC或称单片 （ Monolithic） IC
——集成度高,体积小,生产效率高,适合规模生产 。 难以制作高精度,高阻值的电阻和大容量电容以及电感 。
膜 IC,又可分为两种
厚膜电路
——用于制作电阻器,电容器以及相互间的电连接 。 比单片
IC面积大,一般功率较大,频率较高 （ 可达 1GHz） 。 主要工艺为漏印 （ 丝网印刷 ） 。 设备费用和材料费用低 。 膜层典型厚度约为 20?m,最小导电带宽度 250?m,最小电阻器宽度约
1250?m。
§ 1,集成电路的分类
16
薄膜电路
—— 主要用以制作电阻器和电容器 。 可通过激光修条精确调整阻值,性能和温度特性优良 。 主要工艺涂敷,淀积,光刻,腐蚀等 。 所需设备复杂,费用较高 。 典型膜厚 1000?500?。
混合 IC（ Hybrid IC）
——指将两个或更多的不同类型集成电路芯片,有时也包括一些分立元件,组合成一个整体,密封在一个管壳内,构成所谓 HIC。 HIC一般体积较大,但性能得以提高 。
本课程的研究对象为以硅单晶为衬底的半导体集成电路或微电子集成电路 。
17
按器件结构类型分类双极集成电路：主要由双极晶体管构成
– 只含 NPN型晶体管的双极集成电路（数字电路）
– 含 NPN型及 PNP型晶体管的双极集成电路（模拟电路）
金属 -氧化物 -半导体 (MOS)集成电路：主要由
MOS晶体管 (单极晶体管 )构成
– NMOS
– PMOS
– CMOS(互补 MOS)
双极 -MOS (Bi-MOS)集成电路,同时包括双极和 MOS晶体管的集成电路为 Bi-MOS集成电路，
综合了双极和 MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂优点是速度高、驱动能力强，
缺点是功耗较大、集成度较低功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高
18
规摸大小通常按集成度或每个芯片的门数来划分，
如下表所示（以逻辑 IC为例）。
集成电路规模的划分
IC规模的划分
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
芯片所含元件数
<102 102~103 103~105 105~107 107~109 >109
芯片所含门数
< 10 10~ 102 102~104 104~ 106 106~108 >108
此外，还有按其他标准的一些 IC分类，如按电路功能和所处理信号的不同，可分数字或逻辑 IC（ Digital/Logic IC）、模拟 IC
（ Analog IC）和数模混合 IC（ Digital-Analog Mixed IC）；根据所采用晶体管的不同，又可分为双极型 IC和 MOS型 IC。
19
按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路 (Small Scale IC,SSI)
中规模集成电路 (Medium Scale IC,MSI)
大规模集成电路 (Large Scale IC,LSI)
超大规模集成电路 (Very Large Scale IC,VLSI)
特大规模集成电路 (Ultra Large Scale IC,ULSI)
巨大规模集成电路 (Gigantic Scale IC,GSI）
尽管英语中有 VLSI,ULSl和 GSI之分，但 VLSI使用最频繁，其含义往往包括了 ULSI和 GSI。中文中把 VLSI译为超大规模集成，更是包含了 ULSI和 GSI的意义。
20
划分集成电路规模的标准请注意数字 IC和模拟 IC 规模标准的不同：数字
IC中有很多重复单元，特别是存储器电路。而模拟
IC中的各个单元都是经过专门设计的。
类别 MOS数字 IC 双极数字 IC 模拟 IC
SSI <102 <100 <30
MSI 102—103 100—500 100—300
LSI 103—105 500—2000 100—300
VLSI 105—107 2000 > 300 >
ULSI 107—109
GSI 109>
21
60年代 TTL,ECL出现并得到广泛应用 。 1966
年 MOS LSI发明 （ 集成度高,功耗低 ）
70年代 MOS LSI得到大发展 （ 出现集成化微处理器,存储器 ） VLSI,典型产品 64K DRAM,16
位 MPU
80年代 VLSI出现,使 IC进入了崭新的阶段 （ 其标志为特征尺寸小于 2?m,集成度?105 个元件 /片 ） 典型产品 4M DRAM(集成度 8?106,芯片面积 91mm2，
特征尺寸 0.8μm,晶片直径 150mm ),于 89年开始商业化生产,95年达到生产顶峰 。
集成电路发展简史
22
90年代 ASIC,ULSI和巨大规模集成
GSI等代表更高技术水平的 IC不断涌现，并成为 IC应用的主流产品。 1 G DRAM (集成度 2.2?109，芯片面积 700mm2，特征尺寸
0.18μm，晶片直径 200mm),2000年开始商业化生产,2004年达到生产顶峰。 集成电路的规模不断提高,CPU(P4)己超过 4000万晶体管,DRAM已达 Gb规模。集成电路的速度不断提高，采用 0.13μm CMOS工艺实现的
CPU主时钟已超过 2GHz，实现的超高速数字电路速率已超过 10Gb/s，射频电路的最高工作频率已超过 6GHz。
23
由于集成电路器件制造能力按每 3年翻两番，即每年 58％的速度提升，而电路设计能力每年只以 21％的速度提升，电路设计能力明显落后于器件制造能力，且其鸿沟 (gap)呈现越来越变宽的趋势。
工艺线建设投资费用越来越高。目前一条 8英寸 0.35μm工艺线的投资约 20亿美元，但在几年内一条 12英寸 0,09μm工艺线的投资将超过 100亿美元。如此巨额投资已非单独一个公司，甚至一个发展中国家所能单独负担的。
24
21世纪 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,纳米器件与电路等领域的研究已展开。英特尔曾于 2003年 11月底展示了首个能工作的 65纳米制程的硅片,Intel2004 年 8月宣布，他们已经采用 65纳米，生产出了 70Mbit的
SRAM。并计划于 2005年正式进入商业化生产阶段。使用 65纳米制程生产的芯片中门电路的数目是 90纳米制程的 1/3。 SRAM（静态存储器）
将用于高速的存储设备，处理器中非常重要的缓存就是采用 SRAM。
25
§ 2,描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标
1,集成度 （ Integration Level）是以一个 IC芯片所包含的元件 (晶体管或门 /数 )来衡量，（包括有源和无源元件） 。随着集成度的提高，使 IC及使用 IC的电子设备的功能增强、速度和可靠性提高、功耗降低、
体积和重量减小、产品成本下降，从而提高了性能 /价格比，不断扩大其应用领域，因此集成度是 IC技术进步的标志。为了提高集成度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构，现已达到 7层布线。从电子系统的角度来看，集成度的提高使 IC进入系统集成或片上系统 (SoC)的时代。
26
2,特征尺寸 (Feature Size) / （ Critical Dimension）
特征尺寸定义为器件中最小线条宽度 (对 MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度 )，
也可定义为最小线条宽度与线条间距之和的一半。
减小特征尺寸是提高集成度、改进器件性能的关键。
特征尺寸的减小主要取决于 光刻技术 的改进。集成电路的特征尺寸向深亚微米发展，目前的规模化生产是 0.18μm,0.15 μm,0.13μm,90nm工艺，
Intel目前将大部分芯片生产制成转换到 65nm 。下图自左到方给出的是宽度从 4μm~70nm按比例画出的线条。由此，我们对特征尺寸的按比例缩小有一个直观的印象。
特征尺寸从 4μm~70nm的成比例减少的线条
27
3,晶片直径 (Wafer Diameter) 为了提高集成度，可适当增大芯片面积。然而，芯片面积的增大导致每个圆片内包含的芯片数减少，从而使生产效率降低，成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。晶圆的尺寸增加，当前的主流晶圆的尺寸为 8吋，正在向 12吋晶圆迈进。
下图自左到右给出的是从 2吋～ 12吋按比例 画出的圆。由此，我们对晶圆尺寸的增加有一个直观的印象。
尺寸从 2吋～ 12吋成比例增加的晶圆
28
通过下图以人的脸面相对照，我们可以对一个 12吋晶圆的大小建立一个直观的印象。
一个 12吋晶圆与人脸大小的对比
29
4,芯片面积 (Chip Area) 随着集成度的提高，每芯片所包含的晶体管数不断增多，平均芯片面积也随之增大。芯片面积的增大也带来一系列新的问题。
如大芯片封装技术、成品率以及由于每个大圆片所含芯片数减少而引起的生产效率降低等。但后一问题可通过增大晶片直径来解决。
5,封装 (Package) IC的封装最初采用插孔封装
THP (through-hole package)形式。为适应电子设备高密度组装的要求，表面安装封装 (SMP)技术迅速发展起来。在电子设备中使用 SMP的优点是能节省空间、改进性能和降低成本，因 SMP不仅体积小而且可安装在印制电路板的两面，使电路板的费用降低 60％，并使性能得到改进。
30
Production Process Flow
晶圆片多探针测试，坏的芯片打标记
IC制造有以下 5个过程硅晶圆片 晶圆处理制程打字、最后测试 封装布满芯片的硅晶圆片
31
1946年 1月,Bell实验室正式成立半导体 研 究小 组,W,Schokley 肖克 莱,J.
Bardeen巴丁,W,H,Brattain布拉顿 。
Bardeen提出了表面态理论,Schokley给出了实现放大器的基本设想,Brattain设计了实验 。 1947年 12月 23日,第一次观测到了具有放大作用的晶体管
§ 3 微电子科学技术的发展历史
1,晶体管的发明
32
肖克莱
( William Shockley)
巴丁
(John Bardeen)
布拉顿
(Walter Brattain)
1910—1989 1908—1991 1902—1987
33
1956年 诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州景山（ Mountain View）贝克曼仪器公司半导体实验室的 肖克莱
（ William Shockley,1910—1989）、美国伊利诺斯州乌尔班那伊利诺斯大学的巴丁 （ John Bardeen,1908—1991）和美国纽约州缪勒海尔（ Murray Hill）贝尔电话实验室的 布拉顿 （ Walter Brattain，
1902—1987），以表彰他们在 1947年 12
月 23日 发明第一个对半导体的研究和
NPN点接触式 Ge晶体管效应的发现。
34
世界上第一个 Ge点接触型 PNP晶体管蒸金箔塑料楔金属基极锗发射极集电极
0.005cm
的间距
35
2,集成电路的发明
1952年 5月,英国科学家 G,W.
A,Dummer达默 第一次提出了集成电路的设想 。 1958年以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比 (Clair Kilby)为首的研究小组研制出了世界上第一块集成电路,并于 1959年公布了该结果
361958年第一块集成电路,TI公司的 Kilby,12个器件,Ge晶片获得 2000年 Nobel物理奖
37
1958年发明第一块简单 IC的美国 TI公司 Jack S.Kilby 杰克 ·基尔比、美国加利福尼亚大学的赫伯特 ·克勒默和俄罗斯圣彼得堡约飞物理技术学院的泽罗斯 ·阿尔费罗夫一起获得 2000年
Nobel物理奖，以表彰他们为现代信息技术的所作出的基础性贡献，特别是他们发明的 IC、激光二极管和异质晶体管 。
赫伯特 ·克勒默 杰克 ·基尔比 泽罗斯 ·阿尔费罗夫
38
青年基尔比 第一块集成电路集成电路草图
1958年 9月 12日,TI公司的 Jack S.Kilby在德州仪器半导体实验室展示了一个构造较为简单的设备。第一次将所有有源和无源元器件都集合到只有一个曲别针大小（不足 1/2英寸见方）的半导体材料上。这块集成电路共集成了十二个元件（两个晶体管、两个电容和八个电阻）。 Kilby本人也因此与赫伯特 ·克勒默和俄罗斯的泽罗斯 ·阿尔费罗夫一起荣获 2000年度诺贝尔物理学奖。
Ge 衬底上的混合集成电路，
美国专利号 3138743
39
1959年 美国仙童 /飞兆公司（ Fairchilds ）的
R.Noicy 诺依斯开发出用于 IC的 Si平面工艺技术，从而推动了 IC制造业的大发展。
1959年仙童 公司 制造的 IC 年轻时代的诺伊斯
40
由于集成电路器件制造能力按每 3年翻两番，即每年 58％的速度提升，而电路设计能力每年只以 21％的速度提升，电路设计能力明显落后于器件制造能力，且其鸿沟 (gap)呈现越来越变宽的趋势。
工艺线建设投资费用越来越高。目前一条 8英寸 0.35μm工艺线的投资约 20亿美元，但在几年内一条 12英寸 0,09μm工艺线的投资将超过 100亿美元。如此巨额投资已非单独一个公司，甚至一个发展中国家所能单独负担的。
41
§ 4 微电子发展的规律集成电路工业发展的一个重要规律即所谓 摩尔定律 。
Intel 公司的创始人之一戈登 ·摩尔先生在 1965年 4月 19日发表于,电子学杂志,上的文章中提出，集成电路的能力将每年翻一番。 1975年，他对此提法做了修正，称集成电路的能力将每两年翻一番。
摩尔定律现在的表达：在价格不变的情况下,集成电路芯片上的晶体管数量每 18个月翻一番，即每 3年乘以 4。 线条宽度每 6年下降一半 。
42
集成电路技术是近 50年来发展最快的技术表 1 微电子技术的进步按此比率下降，小汽车 价格不到 1美分年份特征参数
19 5 9 19 7 0-1 9 71 20 0 0 比率设计规则? m 25 8 0.1 8 14 0
电源电压
V
DD
( 伏）
5 5 1.5 3
硅片直径尺寸
（ mm ）
5 30 30 0 60
集成度 6 2? 10
3
2? 10
9
3? 10
8
DRAM 密度 （ b it) 1K 1G 10
6
微处理器时钟频率 ( H z)
75 0K 1G >1 0
3
平均晶体管价格 $ 10 0.3 10
-6
10
7
From S.M.SZE
43
§ 5 半导体 IC技术发展趋势
5.1 提高集成度的途径
1、微细加工技术的提高微细加工技术水平通常用特征尺寸 CD表征。影响微细加工技术极限的因素，主要是光刻精度。随着技术的不断发展，体现为 EUV（特短紫外光）的发展和电子束投影曝光技术的发展。 总的来看，微细加工技术是沿着如下轨迹持续推进的：
微米 3,2,1?m?亚微米 0.9?0.5?m?深亚微米
（?0.5?m）? 0.18?0.12?m? 纳米 （?0.1?m） 。 大约每代产品的特征尺寸缩小 0.7倍 。
44
2、芯片面积扩大随着 IC芯片功能的日益强大,电路系统也更加复杂,单芯片面积也不断增大,以容纳更多的元器件和子单元 。 单片面积已由 10mm2 扩大到 100mm2甚至几百 mm2。 大约每代产品的芯片面积增大 1.5倍 。
3、大圆片 Wafer，大直径化圆片大直径化的发展：
4″?5″?6″?8″?10″?12″?16″
（ 1″=1英寸 =2.54cm=25.4mm）
4、简化电路结构半导体 IC的持续发展，不仅有赖于材料和工艺技术的进步，还需要从设计的角度出发，开发新型的电路结构，以尽可能少的元件，实现预期的设计指标和性能。
45
5.2 VLSI发展的技术基础
1,先进的 IC生产线 或称为标准生产线 Foundry
包括七大要素 （ 水,气,试剂,材料,净化间,人,设备 ）,
① H2O IC工业用超纯水技术标准,电阻率?15 M?.cm
② Gas
半 导 体 工 业 所 需气 体 约为 三 十几 种,纯 度 要求
99.999%,主要杂质氮化物,水汽 。
③ Acid 纯度 99.999% 99.9999%
④ Material 高纯度的单晶材料,封装材料
46
⑤ Clean Room 超净间,真空传送和光刻等洁净度要求最高,对于 CD=0.35?m工艺净化级别要求达到 1级,当特征尺寸； CD小于 0.1?m后甚至要求 0级 。
⑥ Man 高素质,高层次的科技管理人才
⑦ Equipment 包括各种工艺设备,监控
Monitor和分析 Analyzer仪器
47
集成电路芯片生产厂大致上可分为三类
– 通用电路生产厂,典型 ——生产存储器和 CPU
– 集 成 器 件 制 造 商 (IDM—Integrated Device
Manufactory Co.),产品主要用于自己的整机和系统
– 标准工艺加工厂 或称代客加工厂,即 Foundry
Foundry名词来源于加工厂的铸造车间,无自己产品优良的加工技术 (包括设计和制造 )及优质的服务为客户提供加工服务客户群初期多为没有生产线的设计公司,但是随着技术的发展,现在许多 IDM公司也将相当多的业务交给 Foundry加工
48
Foundry功能要求行为级多工艺模块
p,DSP,E2PROM
& Flash,A/D,D/A
Wafer级封装后成品级逻辑级版图级
MASK
研究开发支持
Foundry建设
Foundry的建设必须采用系统工程的方法基本特征：
49
随技术进步，建厂费用呈指数增加，这时必然出现两种趋向：
–各相关公司联合建厂
IBM,Infineon与 UMC的联合
–将更多业务交给 Foundry，降低成本
Motorola已经表示到 2001年，将有
50%以上的产能需从外部提供日本 Kawasaki公司取消他们计划建设的 0.18?m的工厂，代之以与
Foundry的合作
50
制造集成电路的掩膜很贵。根据
SemaTech报告，“一套 130nm逻辑器件工艺的掩膜大约需 75万美元，一套 90 nm的掩膜将需 160万美元，一套 65 nm的掩膜将高达 300万美元”。然而，每套掩膜的寿命有限，一般只能生产 1 000个晶圆。工艺线投资的高成本和设计能力的普遍落后，导致多数工艺线走向代工 (代客户加工,Foundry)
的经营道路；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，为微电子领域发展提供了条件。
51
无生产线集成电路设计技术集成电路发展的过程中，数字电路曾经以其基本单元数量少，易于大规模集成而占据主导地位，其发展的总趋势是革新工艺、提高集成度和速度。在此过程中，电路设计大多在工艺制造单位内部的设计部门进行。这样的设计是有生产线集成电路发计。在这一阶段，无生产线单位一方面难以加入花巨额投资才有可能参与的工艺革新竞争行列，另一方面难以参与芯片设计和实现。
52
随着集成电路规模的爆炸式扩展，模拟数字混合集成系统的广泛需要，知识密集型的芯片设计变得比技术密集型的芯片制造重要起来。另 —方面，集成电路生产的高利润前景引发了众多生产线在世界各地的建造。
从而导致了集成电路产业生产能力的剩余，
即生产线“无米下锅”局面的出现。人们需要更多的功能芯片设计，从而促进了集成电路设计的发展并使得下少设计公司应运而生。
这些设计公司拥有设计人才和技术，但不拥有生产线，成为无生产线 (Fabless)集成电路设计公司。
53
在国外，现在已有众多这样的公司在运作，如美国硅谷就有 200多家 Fabless
集成电路没汁公司，其中有 50多家上市公司：台湾有这样的人中型公司 100多家。
芯片设计单位和工艺制造单位的分离，
即芯片设计单位可以不拥有生产线而存在和发展，而芯片制造单位致力于工艺实现 (代客户加工，简称代工 )，已成为集成电路技术发展的一个重要特征。
54
下图形象地给出集成电路的无生产线设计与代工制造之间的关系。我们可以沿着图中从代工单位左上行到设计单位、再右直行到代工单位、最后左下行到设计单位的 S曲线对整个集成电路设计和制造过程加以描述。
集成电路的无生产线设计与代工制造之间的关系设计单位代工单位
55
首先，代工单位将经过前期开发确定的一套工艺设计文件 PDK (Process Design Kits)
通过因特网传送 (或光盘等媒质邮寄 )给设计单位，这是一次信息流过程。 PDK文件包括工艺电路模拟用的器件的 SPICE参数，版图设计用的层次定义，设计规则，晶体管、电阻、
电容等元件和通孔 (via)、焊盘等基本结构的版图，与设计工具关联的设计规则检查 DRC
(Design Rule Check)、参数提取 (EXTraction)
和版图电路图对照 LVS (Layout-vc-Schematic)
用的文件。
56
设计单位根据研究项目提出的技术指标，在自己掌握的电路和系统知识基础上，利用 PDK提供的工艺数据和
CAD/DA工具，进行电路设计、电路仿真 (或称之为“模拟” )和优化、版图设计、
设计规则检查 DRC、参数提取和版图电路图对照 LVS，最终生成通常以一种称之为 GDS-II格式的版图文件,目前基本上都是通过因特网传送给代工单位。这也是一次信息流过程。
57
代工单位根据设计单位提供的 GDS-II
格式的版图数据，首先制作掩膜 (Mask)，
将版图数据定义的图形固化到铬板等材料的一套掩膜上。一张掩膜一方面对应于版图设计中一层的图形，另一方面对应于芯片制作中的一道或多道工艺。正是在一张张掩膜的参与下，工艺工程师完成芯片的流水式加工，
将版图数据定义的图形最终有序地固化到芯片上。这一过程通常简称为“流片”。
58
根据掩膜的数目和工艺的自动化程度，一次流片的周期约为 2个月。代工单位完成芯片加工后，根据路程远近，利用飞机等不同的快速运输工具寄送给设计单位。
设计单位对芯片进行参数测试和性能评估，符合技术要求时，进入系统应用。从而完成一次集成电路设计、制造和测试与应用的全过程。否则就需进行改进和优化，才能进入下一次循环。
59
5.3 21世纪微电子芯片技术展望
21世纪硅微电子芯片将沿着以下四个方向发展,1、继续沿着 Moore定律前进； 2、片上系统（ SOC）； 3、灵巧芯片，
或赋予芯片更多的灵气； 4、硅基的量子器件和纳米器件。
1,特征尺寸继续等比例缩小,沿着 Moore定律继续高速发展所谓 Moore定律 是在 1965年由 INTEL公司的 Gordon.Moore
提出的，其内容是硅集成电路按照 4年（后来发展到 3~4年）
为一代、每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小 30%、
IC工作速度提高 1.5倍等发展规律发展。
Gordon E.Moore
博士 -1965年
60
沿着 Moore定律发展,必然会提出微电子加工尺度和器件尺度的缩小有无极限的问题,对于加工技术极限,主要是光刻精度，随着技术的不断发展，体现为 EUV（特短紫外光）的发展和电子束投影曝技术的发展。现在看来，这一极限在近期内将不会影响芯片的进步。另一方面，来自器件结构（ MOS）晶体管的某些物理本质上的限制，如量子力学测不准原理和统计力学热涨落等，可能会使 MOSFET缩小到一定程度后不能再正常工作，这就有可能改变今日硅芯片以 CMOS为基础的局面。
61
为了突破 MOS器件的物理极限，发展下一代微电子芯片，科技界正在研究各种可能的新一代微电子器件，包括：单电子晶体管、量子隧道器件、分子器件（或统称纳电子学）、厚膜器件和功能器件等等。如果它们中有所突破，
那么只要信息化社会发展有需要，微电子芯片仍将沿着 Moore定律发展。
62
2、片上芯片（ SOC）：微电子由集成电路
（ IC）向集成系统（ IS）发展片上芯片（ System On a Chip）的概念是 20世纪 90年代提出来的，它的目标是为了克服多芯片集成系统所产生的一些困难，通过提高芯片集成的系统功能以获得更高的系统性能。
例如，现在的 CPU芯片已可做到延时小于几十 ps皮秒的工作速度，可是如果存储器芯片仍是分离于 CPU，则由于存取时间及访址延时等限制，这一高速度在计算系统中根本就不能发挥出来。这就要求把它们有机地集成到一个芯片上去。又如，即便使用光束传输信号，其延时也有 3.3皮秒 /毫米。所以把高速传输的信号引出芯片，通过 PCB来将多芯片集成系统的方法显然已不可行。
63
实际上，即使是封装与芯片压焊块间的连线，由于寄生效应，今后在高速芯片中也要被取消。而采用所谓芯片尺寸封装（ CSP），即封装的大小与芯片大小相一致而直接采用倒装焊，显然也会大大限制引出线的数目。实际上也只有把更多功能集成到一个芯片上才能解决今后的管脚数“爆炸”、测试困难和成本高等一系列问题。
由此可见,SOC是微电子芯片进一步发展的必然方向。 90
年代以来,SOC已成为微电子芯片技术发展的热点，现在其市场占 IC总市场份额的 10%以上，预估,21世纪初期可达 50%以上。现在的 SOC发展还在初级阶段，需解决一系列工艺（如
DRAM,Flash与 Logic技术的兼容）、设计（如 IP模块 — 智权模块，又称 IP核 Intellectual-Property Core）技术和设计方法、测试策略及可测试性等技术课题。
64
现在的 SOC芯片有三种主要类型，一种是以 MPU为核心，集成各种存储器、控制电路、
时钟电路，乃至 I/O和 A/D,D/A功能于一个芯片上；另一种是以 DSP为核心，多功能集成为
SOC；再一种则是上两种的混合或者把系统算法与芯片结构有机地集成为 SOC。它们在 IP利用率、通用性、芯片利用率、性能以及设计周期等方面各具优缺点，因此当前兼容共存。
65
系统应用与芯片设计将更紧密的结合,IP模型日显重要要努力使系统设计工程师与芯片设计工程师之间的 Gap逐步消失。
系统与应用芯片设计
HW & SW
Codesign
系统集成芯片 (SOC)
66
① L-E
② P&R
③ Synth
④ SoC
58%
20%
设计技术发展跟不上应用发展和加工技术的发展，呼唤 IP模块。
67
IP developing,
IP searching,
IP integration,
IC Design
(IP reuse)
IP
From:严晓浪（略有修改）
68
3、赋予微电子芯片更多的“灵气”
微机械电子系统（ MEMS）和微光电机系统
（ MOEMS），生物芯片（ biochip）等是 20世纪 90年代初快速热起来的新技术，被称为硅半导体技术或微电子技术的又一次革命。它的核心是把电子信息系统中的信息获取、信息执行与当前信息处理等主要功能集成于一个芯片上（它们在当前的计算机系统中是分立的）。
69
从机械,光学,化学和生物等机,器件或系统来看,除了微型化以外,它还赋予这些器件和系统以一定的处理智能 。
从电子信息系统芯片看，这一技术等于把原来的电脑芯片集成了五官和四肢，并使之成为一个有机体
，所以说这使芯片增加了“灵气”。硅 MEMS（包括光机电、生物机电、化学机电与系统）发展的根据是
：硅不仅是很优秀的电子材料，而且，作为半导体，
它也是对各种环境能作出灵敏反应的很好的传感器材料，它的屈服强度、杨氏模量、热膨胀性能等均不亚于不锈钢。因此，它还是很好的机械材料。
70
在微电子工艺技术基础上，通过多年的研究开发，现在，
把整个 MEMS系统集成于一个芯片上的“灵巧”芯片技术已经逐渐成熟,MEMS各类器件和系统的年产值已经达到以百亿美元计的水平。在实验室中或小批研制中已出现了如 微型化学实验室芯片、微光学平台芯片,乃至包括 DNA芯片在内的各种生物芯片 等等。这些芯片不仅由于其“微”（体积小），更因其反应速度快，能耗和材料消耗少，以及更符合环保条件等而备受注视。各种灵巧芯片无疑在 21世纪将大展威力，成为促进信息社会迅速发展的又一技术支柱。
如果在过去 40年人们可以用制作的工艺尺寸（如用多少微米或亚微米技术）的精细度来标志微电子芯片的水平，那么在今后的 40年里，人们更需用芯片具有多大“灵气”来描述其先进性了。
71
4、硅基的量子器件和纳米器件前者理论是清楚的，但从器件发展到电路，所需的技术仍处于发展之中，
要进入到比较普遍的应用估计仍需一二十年的时间。至于纳米器件，目前多以原子和分子自组装技术与微电子超深亚微米加工技术相结合的方法进行，特别是近年来碳纳米管的发展令人注目，在速度、集成度、特别是功耗方面都将有重大突破，但离开实际应用可能比硅基量子器件要更远一些。 原文见王阳元院士在“纳米 CMOS器件”书中写的序
（ 2004年 1月科学出版社出版）。
72
§ 6 我国微电子发展概况
1,我国微电子学的历史
1956年五校在北大联合创建半导体专业：北京大学、南京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学。教师：黄昆、谢希德（女）、高鼎三、
林兰英（女）；学生：王阳元、许居衍、陈星弼、秦国刚 …
2003年 9月成立 9个 国家 IC人才培养基地
– 北大、清华、复旦、浙大、西电、上交大、成电、
东南、华中科大
73
人才培养,北大，清华，复旦大学，浙江大学，西安交通大学，上海交通大学，华中科技大，电子科技大学，
西安电子科技大,华南理工大学,哈尔滨工业大学,西北工业大学,上海同济大学,北京航空航天大学,东南大学。
15个 IC人才培养基地
Peking University
74
1982年：成立电子计算机和大规模集成电路领导小组
80年代：初步形成三业分离状态
– 制造业、设计业、封装与测试业到 2001年 12月 29日深圳获批为止，科技部依次批准了上海、西安、无锡、北京、
成都、杭州、深圳共 7个 国家级 IC设计产业化基地 。除了这 7个城市外，据悉还有武汉、长沙、哈尔滨、珠海等多个城市申请，但未获批准。
75
集成电路产业由集成电路 设计,芯片加工,封装与测试 三大部分组成。
随着 IC设计的重要性的凸显及我国 IC设计大环境的改善,IC设计企业规模小、水平较低等，日益成为困扰我国 IC业发展的难题，其中，
IC高级设计人才的匮乏成为尚处于起步阶段的我国集成的最突出的难题。虽然我国每年约有
40万理工科大学生毕业以及数千名从海外回国的技术人员，但其中真正与 IC设计相关的专业人才却非常有限。我国是一个集成电路（ IC）
的“消费大国”，但同时又是一个 IC的“生产小国”。
76
北京上海无锡杭州深圳西安成都全国共有 7个 IC产业化基地设计业已经有典型产品出现：
嵌入式 CPU:方舟,龙芯,CPU,
中星微 (世界市场份额 40%)
IC卡,华大,清华同方,大唐等,国内市场 10亿件 …
77
我国国产 IC约占世界半导体销售额的
1％，国内市场满足率不到 20％。要发展我国的 IC产业,IC设计是当务之急，而核心技术的实现依赖的是高水平 IC设计人才。
前些年我国的电子产品虽然发展很快，
但几乎所有国产大型家用电器的关键芯片、
国产手机的核心芯片、国产计算机的主要芯片，大都不是国产的，不是我国设计师设计的。其中的原因是，在集成电路（ IC）领域里最能体现核心竞争力的我国集成电路设计，
其发展正在为人才所困。
78
据不完全统计，根据全国半导体行业协会集成电路设计分会在 2002年 10月的统计，国内从事集成电路设计的公司
（或组织）约 390家,2002年底己超过
400家，目前己达 600家。而在 2000年底这一数字仅为 100家左右。但是相对雨后春笋般诞生的设计公司，设计人才特别是高级人才的极度匮乏成为日益突出的大问题：一些新开办的设计单位，公司注册了、牌子也挂了，却到处找不到高水平的设计师，虚位以待的情况比比皆是。更糟糕的是由于设计师的紧缺，导致了各用人单位之间对这类人才的恶性争夺。
79
集成电路设计是资金密集型、技术密集型和智力密集型的高科技产业,其中资金和技术均可以通过一些方式全面引进，但 IC设计人才必须以自己培养为主，这已经成为业内人士的共识。赛迪顾问认为，随着 IC设计人才供需矛盾的日益突出，应采用各种手段大力鼓励不同途径的 IC设计教育和培训，除高等院校的正规教育外，国家应尤其鼓励工业界和科研界联合运作教育和培训项目。借助政府、高校,EDA厂商,IC设计企业以及整机企业等各方面力量，合作、交流、培训等多种方式相结合，为我国 IC设计业培养不同层次的 IC人才，是集成电路的发展至关重要的智力资源保障。
80
最近几年，很多国外公司和台湾公司把生产线建到了上海。随着我国集成电路产业的加速发展，由国家支持成立了以北京、上海为龙头的 7个国家级产业化基地，各地也出现了一大批集成电路企业，其中约 600家是集成电路设计企业。据 2001年 12月上海半导体和 IC
研讨会发布的消息，到 2008年，中国 IC产业对 IC设计工程师的需求量将达到 25万人，而目前只有不到 4000名。 IC设计是新兴学科，
现在高校里，和 IC最相近的专业是微电子。
81
在短短的半年多时间里，上海中芯国际、上海宏力微电子、北京首钢、北京信创、天津摩托罗拉等一批中高水平的集成电路生产线相继开工建设或即将建设，形成了我国有史以来最大的一次建设集成电路生产线的高潮。
上海还定出了宏伟的发展目标：建成以张江高科技园区为核心，以金桥出口加工区和外高桥保税区为延伸的微电子产业基地，计划 "十五 "期间吸引集成电路产业投资 150亿美元，建成并投产
10～ 15条 8～ 12英寸集成电路生产线及配套封装、测试线和设计公司。
82
北京立即跟进，出台了优惠政策，
为集成电路企业提供“七通一平”的土地，并优选出八大处高科技园、北京林河工业开发区、北京经济开发区作为北方微电子生产建设基地。规划到 2005年以前，建设 5～ 8条 8英寸 0.25微米以上水平的生产线,2005～ 2010年再建设 10条更高水平的生产线。
83
我国集成电路设计企业现已形成了五 百家的产业规模，其中具备一定设计规模的单位有 20多家，留学海外，学有所成，回国创业的海外学子已成为 CAD
行业的一支重要力量。除独资设计公司外，国有集成电路设计公司 2000年的总销售额超过了 10亿元，其中北京华大、
北京大唐微电子、杭州士兰公司和无锡矽科 4家设计公司的销售额超过了 1亿元。
目前，国内每年设计的集成电路品种超过 300种，大部分设计公司的技术水平在
0.8~1.5微米之间，最高设计水平可达 0.13
微米。
84
中国主要的高科技城市一直盯着集成电路 (IC)设计产业。如果说在 2000年和 2001年他们争夺的是台湾芯片加工服务厂 (foundry)的 8英寸芯片生产线西移项目的话 (当然，这种竞争至今仍在继续 )。
那么从 2001年下半年至今，他们争夺的则是国家科技部的青睐 --科技部手里捏着一顶名叫“国家级集成电路设计产业化基地”的桂冠，谁获发一顶受益无穷。
85
目前，我国集成电路产业已具备了一定的发展基础，初步形成了由 8个芯片生产骨干企业，十几家封装厂、几十家设计公司、若干个关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，并初步形成了电路设计、芯片制造和电路封装三业并举的局面。
86
2,我国集成电路的发展现状
2002年中国信息技术趋势大会上专家指出的 IC技术是 IT领域热点技术之一； IC是整个电子信息产业乃至国民经济的基础。
目前我国的半导体集成电路生产分为三大类：
– IC设计公司（ Fabless，无生产线 ）
国内半导体芯片厂家的主流产品是 5至 6英寸硅片，大约占总量的三分之二强。随着上海华虹 NEC公司 8英寸生产线的投产,6至 8英寸硅片的需求量将上升。
– 芯片加工厂（ Foundry）
我国集成电路芯片制造业现己相对集中,主要分布在上海、
北京、江苏、浙江等省市。
– 后工序（测试、封装、设备）
其中 IC设计以人为主，脑力密集型，属高回报产业。
87
3,我国集成电路生产能力方面：
93年生产的 集成电路为 1.78亿块，占世界总产量的
0.4%，相当于美国 1969年的水平，日本 1971年的水平。
96年为 7.09亿块，而 1996年国内集成电路市场总用量为 67.8亿块,国内市场占有率仅为 10％。
99年为 23亿块,销售额 70多亿元，国内市场占有率不足
20％，绝大部分依靠进口。
2000年需求量为 180亿块，预计可生产 32亿块。
总之，我国集成电路产业的总体发展水平还很低，与国外相比大约落后 15年。但是，目前已具备 0.25微米芯片设计开发和 0.18微米芯片规模生产能力，以,方舟,,
,龙芯,为代表的高性能 CPU芯片开发成功，标志着我国已掌握产业发展的部分重大核心技术。
88
中国半导体产业发展从产业热土的长江三角洲，到市场繁华的珠江三角洲，从长于研发的北方，到人才集聚的西部，有人把这种产业布局，比喻是一只正在起飞的娇燕。其中 长江三角洲是燕头，京津环渤海湾地区和珠江三角洲是双翅，而西部是燕尾 。中国的 IC产业正是以这种燕子阵形的区域格局向前推进。
4,我国微电子发展展望
89
1) 长江三角洲地区以上海、江苏、浙江为主的长江三角洲，初步形成了开发、设计、芯片制造、封装测试及支撑业和服务在内的完整的 IC产业链。 IC业界所期待的，关乎产业发展环境的“聚集”效应在这里显现。并在整个中国 IC产业格局中举足轻重。
长三角地区集成电路产业基础雄厚，这里有国家,908”、,909”主体工程，集中了集成电路芯片制造和封装的骨干企业，杭州士兰等一大批民营 IC企业在这里迅速成长。国务院 18号文件颁布后，这里更成为集成电路投资的热土。中芯、
宏力、和舰等纷纷在这里投资建芯片制造厂，英特尔等一大批国际知名大企业在这里新建或增资封装厂；而科技部布点在这里三个 IC设计产业化基地。更是推动着这里设计业的增长，仅上海的
IC设计企业就有 100家之多。
90
江苏：具备良好的 IC产业发展基础江苏省半导体产业目前已经形成了设计、
芯片制造、封装、测试、配套材料完整的产业格局，有着良好的基础，在国内同行业中具有明显的比较优势。以苏州、无锡、昆山为主的产业分布充分发挥了产业发展的聚集，辐射和示范作用。并为进一步参与国际竞争奠定了坚实的基础。
目前，江苏省半导体产业已具备了 0.18微米设计技术的 0.6微米的大生产技术和 6英寸硅片月产 1万片的生产能力，年产集成电路芯片 2
亿块、封装集成电路 15亿块，晶体管生产超过
20亿只，以及比较完整的材料及设备支撑配套体系。 2001年集成电路产业销售额达到 30亿元，
并成为我国集成电路产业重要基地之一。
91
浙江：找准半导体产业特色定位浙江省微电子产业的发展从“六五”期间起步。当时，大功率管、塑封三极管等分立器件的开发和生产是浙江省微电子产业的主要内容。在“七五”和“八五”期，浙江省的微电子产业进入调整期，集成电路芯片业开始起步。
经过十几年的发展，浙江省的微电子产业发展格局发生了重大变化，尤其是近两年“天堂硅谷”战略的实施，使全省掀起了新一轮发展集成电路产业的高潮。
目前，浙江省与集成电路有关的在建项目共
41项，总投资 81.3亿元。
92
2) 京津环渤海湾地区以北京为中心，包括天津、河北、
辽宁、山东组成的京津环渤海湾地区，
与长江三角洲的整体产业优势相比，仅仅是一个地理上的概念。京津环渤海湾地区借助地理相近的特点，形成了集成电路产业发展的另一区域优势。
93
3) 珠江三角洲地区正在成为国内乃至全球的电子制造业中心的珠江三角洲，在 IC产业的几个区域中，占尽市场之利。
仅以深圳为例子,2001年深圳市直接使用的 IC产品总价值超过 25亿美元，约占全国市场的 15%，通过深圳市场流通到全国的 IC产品达 40亿美元以上，约占全国的 30%。
依托珠三角地区电子信息产业的巨大市场，珠三角的集成电路产业就有了腾飞的翅膀。在珠三角，
以中兴、华为、深圳国微、珠海炬力等单位为代表的 IC设计业较为发达。有许多设计公司总部虽然不在深圳，但在深圳却设有窗口，投资 10亿元瞄准高端 IC测试市场的广州集成电路测试中心，正是看中了珠三角巨大的 IC市场。
94
目前广东省半导体主要厂家有：深圳赛意法微电子有限公司、珠海南科电子有限公司、广东风华高新科技集团有限公司、澄海电子有限公司、新会市硅峰微电子科技有限公司、珠海华晶微电子有限公司、深圳科鹏微电子有限公司、
佛山市半导体器件厂、佛山 电子有限公司，深圳深爱半导体有限公司、汕头华汕电子器件公司等。
95
4) 西部地区随着国家西部大开发战略的实施，以西安、
成都、重庆为主的西部将不断迎来新的发展机遇。西部有人才积淀和科研院所的集中优势，
更有两个国家集成电路设计产业化基地，目前西部地区的 IC设计单位已经发展到 30余家并且还在快速增加，发展设计业将成为西部的首选。
西安：注重人才与产业相结合四川：完善产业链重庆：建设西部模拟电路生产基地
96
中国 IC设计产业分布图
97
企业数量 产值 (千万元 ) 员工数量
IC设计业
(千万元 )企业数量近三年，销售额年增长约 50%。
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0
6000
12000
18000
24000
30000
2001 2002 2003
98
5,IC设计业面对严峻形势到去年底，中国 IC设计业走过了初创的十年，今年迎来了新十年的头一年。“我们面临的形势非常严峻。”中国半导体行业协会集成电路设计分会王芹生理事长在新十年论坛开幕前向记者说。这一严峻形势主要来自中国本土 IC产品远远不能满足国内市场需求，而且，随着中国对 IC需求的高速增长，这一供需缺口还在快速扩大。
99
王芹生理事长介绍说，虽然在过去十年的发展中，中国 IC设计业涌现出 17家营收过亿元的企业，
设计业总销售额在去年也达到 81.5亿元，但去年，
我们进口了 583.7亿块集成电路，进口额达到 546.2
亿美元，占我国各行业进口总额的 9.7%。这一进口额是备受关注的石油进口额的 1.3倍，钢材的 1.7
倍，数值非常惊人。“虽然我国有许多电子整机产品形成了贸易顺差，如去年手机的贸易顺差为 242
亿美元，笔记本为 200亿美元，显示器为 111亿美元，
但这其中大部分顺差要用来抵消 IC产品高达 496亿美元的贸易逆差。”王芹生理事长说。而且，这一缺口还在逐步增大。中国半导体行业协会理事长俞忠钰举例说：“去年，全球笔记本产能向中国内地转移，使国内市场对通用 CPU的需求增长了 69.6%，
而 MP3市场带动了 DSP产品的增长，消费产品市场也拉动了对 MCU产品的需求，但我国 IC设计业还缺乏这类微电子器件。”
100
2005年，我国已经超过美国，成为全球第一大 IC消费市场，与此同时，由于本土 IC设计业总销售额仅占全球市场的 3%，
这一产业规模使我国的 IC贸易逆差也成为全球第一。
知识产权的申请情况也从另一个侧面反映出我国自主创新能力薄弱，缺乏核心技术的现状。以专利为例，上海硅知识产权交易中心统计的数据表明，截止到 2004
年底，全球有 102.42万件集成电路方面的专利，其中中国专利为 2.73万件，这其中本土企业仅申请了 4791件，数量非常少。
101
自主创新是新十年主旋律中国芯自主创新力量薄弱，也影响了环相扣的中国电子信息产业链的正向循环。例如，
我国整机企业一直不能摘掉组装和加工的帽子，
依然仅能赚取微薄的加工利润，因此，政府和行业协会都提出，在“十一五”期间，自主创新将成为产业发展的战略重点。继 18号文件后，
财政部、信息产业部及国家发展和改革委员会三部委又联合发布了 132号文件，即,集成电路产业研究与开发专项资金管理暂行办法,。
根据实施细则和今年的项目指南，今年国家将拨出 1亿元到 2亿元左右的专项基金用于支持企业研发。目前，申报工作已经结束。 IC产业通过一系列的自主创新，争取在“十一五”末能够满足 30%的国内整机需求。
102
2007年中国集成电路产业回顾和中国集成电路产业发展态势分折
103
1、产业发展速度与进展
2007年中国集成电路产业快速发展，销售额规模在 2006年首次突破 1000亿元的基础上继续较快增长，达到 1251.3亿元；同比增长 24.3%亿元；
其中 IC设计业增长 21.2%；规模为 225.7亿元；芯片制造业增长 23%，规模为 397.9亿元；封装测试业增长 26.4%，规模达到 627.7%，规模达到 627.7
亿元。
在产业规模继续快速扩大的同时，中国集成电路产业在提高自主创新能力、拓宽投融资渠道等方面也取得了新的进展，具体表现在：
104
（ 1）自产创新能力有新提高
2007年国内集成电路技术水平进一步提升，涌现一批创新产品与技术。在中国半导体得业协会、电子材料协会、
电子专用设备协会和中国电子报社联合举办的 2007年度中国半导全创新产品和技术评选中,35项产品与技术获奖，范围涵盖了：集成电路产品、集成电路制造技术、封装测试技术、分立器件、关导体材料，以及半导体设备仪器。
105
在获奖的集成电路产品中，移动应用处理器、基带芯片、射频收发、数字多媒体，音视频处理、高清数字电视、图像处理、存储控制以及音频功率放大、数字 FM调频发射等是目前国内 IC设计领域产品创新的主要方面；而在制造技术领域，先进制造技术、特色产品技术与绿色制造则成为创新热点；半导体设备仪器与半导体材料在 2007年取得多项研发成果，并在此次评选中占据重要地位，其中包括 8~12共英寸芯片制造设备、先进封装设备、太阳能光伏电池制造等 7项，硅片、塑封料,HF酸、电镀添加剂等 7项。这说明国内半导体产业链不断完善，集成电路支撑配套领域的自主创新能力在快速提高。
106
（ 2）产业投融资渠道进一步拓宽
2007年国内电子器件行业累计完成投资 907.8亿元，同此增长 41.3%，对整个电子信息行业投资增长的贡献率达到
46%，在全行业投资增长 27.9个百分点中占 12.8个百分点。其中，集成电路行业投资项目集中,2007年完成投资近 300亿元，
增速达到 36.3%。
在企业境内外上市融资方面,2007
年又有展讯通信、南能富士通、天水华天等数家半导企业分别因美国纳斯达克和国内上市，至此国内半导体领域上市公司已经达到 19家。
107
2,2007年产业发展分析在产业发展取得诸多成绩的同时也要看到,2007
年中国集成电路产业增长速度较前几年有所放缓，其年度销售额增幅比 2006年回落 11.9个百分点，也低于
2007年初人们普遍预期的 30%左右的增幅。在激烈的市场竞争下，全行业增速从前几年的超高速度放缓下来，部分企业经营业绩出现负增长，这些都是市场经济条件发展减速的原因是多方面的，既受全球半导体市场减速的影响，又有产业自身发展中存在的各种矛盾和问题。同时，也与人民币汇率上升、材料等制造成本增加等宏观条件有关。针对国内 IC设计业、制造业、封装测试业，深入分析这些影响因素，并积极加以就应对，这是当前的重要任务。
从 IC设计业来看,2007国内 IC设计业 21.2%的增幅不仅比 2006年 49.8%的增幅有较大回落，也是首次低于全行整体增幅。
108
从市场层面分析，在新的集成电路产品开发上虽然有许多亮点，但尚未形成规模。 3G、
数字电视等新兴市场由于受到标准、牌照、运营商整合等多方面因素影响，市场发展不如人意。一些企业产品单一，前几年开发并批量生产的国家第二代身份证芯片,MP3芯片等市场渐趋饱和。包括 MP3芯片在内的消费类集成电路市场竞争激烈，企业之间的价格战愈费类集成电路市场竞争激烈，企业之间的价格战愈演愈烈。这些都是造成 2007年 IC设计业增长速度放缓，部分设计企业市场销售业绩出现下滑的重要原因。
109
虽然如此,2007年国内 IC设计业仍然保持了稳定增长的态势。通信类 ASIC芯片、基带芯片,SIM卡、机顶盒芯片,MCU的产品领域都有较快增长,2007年国内十大集成电路设计企业中的展讯通信、深圳海思、中国华大和大唐微电子都有 17~42%的年增长率，杭州国芯、中颖电子等企业分别取得 70%和 30%的发展。目前国内从白牌手机、数字电视、机顶盒,CPS
芯片、电子标签等通用市场，到电子计量、信息安全等利基型 市场，都有着巨大原发展空间，
关键看国内 IC设计企业如何抓住这些市场机遇，
实现企业成长。
110
在芯片制造业方面,2007年国内芯片制造业 23%的增幅虽然比 2006年的 32.5%有所回落，
但仍大大高于全球（如根据台湾工研院的数据，
2007年中国台湾芯片制造业衰退了 5.1%）。这主要得益于新增投资动下的产能扩充。无锡海力士 -意法 12英寸生产线迅速达产，全年实现销售收入 93.59亿元，比 2006年增长了 2.9倍，拉动 2007年国内芯片制造业整体规模的扩大。中芯国际、华虹 NEC等一批企业扩产。宏力半导体、华润上华、上海新进等企业 2007年销售收入都有较大幅度的增长。
111
同时我们也要看到，目前国内 8~12
英寸代工生产线主要订单来自境外，全球半导体市场减速对这些企业的产能利用产生一定影响，同时，存储器、模拟电路等产品代工价格大幅下滑、拖累了相关代工企业的业绩表现，一些企业在
90纳米方面的订单受全球存储器价格下降的影响有所下降。再者,2007年美元兑人民币汇率由年初的 1:7.9下降至年末的 1:7.2，也拉低了以人民币结算的企业业绩。
112
在封装测试领域，各主要厂商 2007
年进行了大规模的扩产。长电科技投资
20亿元建设的年产 50亿块 IC新厂在 2007
年正式投入使用，三星电子苏州半导体公司第二工厂建成投产，飞思卡尔、奇梦达,RFMD、瑞萨等企业也分别对其国内的封装企业进行了增资扩产。 2007
年度国内十大半导体封装测试企业的销售收入大多数均有两位数的提升，从而拉动了 2007年国内封装测试业的增长，
带动 2007年国内封装测试业实现了 26.4%
的增速。
113
中国集成电路产业发展态势分折
2008年 1月中旬以来的信息：
Intel大连项目已获批准采用 65nm技术；
IBM与中芯国际进行 45nm技术合作；
AMD选址成都成立其亚洲第二大研发中心；
Intel与山东省政府签署设备销售与技术转让协议，东芝也宣布了股方正微电子并转让其 BCD技术；
AMD与山东省签署集成电路合作备忘录；
松下投资 100亿日元在苏州建设半导体封装二厂；
Cypress选择宏力为其生产电子自动车发动机控制芯片；
IBM与雷曼兄弟公司投资芯原微电子
ADI与南瑞断保电器公司成立联合实验室等。
114
115
116
结束语
2000年：以集成电路为基础的电子信息产业成为世界第一大产业硅是地球上除氧以外含量最丰富的元素，但它现在已经成为知识创新的载体，价值千金。这是典型的“点石成金”
采取正确的战略，就可以在集成电路领域就有可能后来居上至少在今后 50年，微电子技术仍会高速发展
117
我们国家的半导体集成电路研究几乎和世界同时起步。但是经过几十年的风雨与磨难，现在才终于迎来产业大发展的春天。国家制定了发展微电子技术的各项优惠政策，
与国际接轨的集成电路制造厂纷纷成立，海外学子开始回流，国内许多其他专业的学生也在向微电子专业靠拢。这预示着中国半导体集成电路产业的明天必将灿烂辉煌。
