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集成电路相关信息
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湖南普照信息材料有限公司
企划管理部
2014-3-3
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目录
一、集成电路产业历史4
1、集成电路简介4
2、关键名词:
贝尔实验室5
3、关键名词:
晶体管7
4、关键名词:
威廉•肖克利8
5、关键名词:
硅谷9
6、关键名词:
仙童半导体公司及八叛逆10
7、关键名词:
摩尔定律12
8、关键名词:
硅片尺寸14
9、关键名词:
关键尺寸14
二、集成电路制造步骤16
1、第一步:
硅片制备16
2、第二步:
硅片制造18
3、第三步:
硅片测试21
4、第四步:
装配和封装21
5、第五步:
终测22
三、集成电路产业发展现状23
1、市场总量23
2、技术水平23
3、生产模式24
4、发展趋势25
四、集成电路产业知名企业27
1、2013年整体销售额排名27
2、无生产线设计企业(Fabless)28
3、晶圆代工企业(Foundry)29
4、细分市场龙头企业29
5、台积电30
6、台联电31
7、中芯国际31
8、华虹宏力32
9、联发科33
10、海思33
11、展讯34
五、国内集成电路产业政策35
1、国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知35
2、财政部、国家税务总局关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展企业所得税政策的通知40
3、国家鼓励的集成电路企业认定管理办法(试行)44
4、国家级集成电路产业扶持政策将出北京细则先行46
5、中国集成电路产业三大区域集聚发展格局48
6、中国集成电路主要生产企业一览49
一、集成电路产业历史
1、集成电路简介
集成电路(英语:
integratedcircuit,IC)、或称微电路(microcircuit)、 微芯片(microchip)、芯片(chip),是一种微型电子器件或部件。
采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和和高可靠性方面迈进了一大步。
当代半导体产业发展的基础是在20世代上半叶开发的真空管电子学、无线电通信、机械制表机及固体物理等技术上培育出来的。
真空管被用于开发第一台电子计算机ENIAC(电子数字积分与计算器)。
INIAC重达50吨,需要19000只真空管。
而真空管体积大、不可靠、耗电量大且寿命有限。
为了迎合迅速发展的电子市场的需求必须创造体积小、可靠的电子产品。
固态晶体管应运而生,1947年12月,贝尔实验室威廉·肖克利(WilliamShockley)、约翰·巴丁(JohnBardeen)、沃尔特·布拉顿(WalterBrattain)组成的研究小组,研制出一种点接触型的晶体管,提供了与真空管同样的电功能,但具有固态的显著优点:
尺寸小、无真空、可靠、重量轻、最小的发热及低功耗。
这一发现发动了以固体材料和技术为基础的现代半导体产业。
在此基础上,1958年7月,德州仪器公司(TexasInstruments)的杰克·基尔比(JackKilby)发明了以锗半导体材料为衬底的集成电路,半年后,仙童半导体公司(FairchildSemiconductor)的罗伯特·诺伊斯(RobertNoyce)发明了以硅半导体材料为衬底的集成电路,集成电路的问世开创了世界微电子学的历史。
当今半导体工业85%以上都是基于硅的集成电路。
集成电路产业是对集成电路产业链各环节的总体描述,它不仅仅包含集成电路制造,也包括IP核、设计、芯片代工、封测,并延伸至设备及材料。
国际上大致以集成在一块芯片上的元件数划分集成时候,根据一个芯片上集成的微电子器件的数量,集成电路可以分为以下几类:
没有集成(1960年之前)
小规模集成电路(20世纪60年代前期)
SSI英文全名为SmallScaleIntegration, 逻辑门10个以下或晶体管100个以下。
中规模集成电路(20世纪60年代至20世纪70年代前期)
MSI英文全名为MediumScaleIntegration,逻辑门11~100个或晶体管101~1k个。
大规模集成电路(20世纪70年代前期到20世纪70年代后期)
LSI英文全名为LargeScaleIntegration,逻辑门101~1k个或晶体管1,001~10k个。
超大规模集成电路(20世纪70年代后期到20世纪90年代后期)
VLSI英文全名为Verylargescaleintegration,逻辑门1,001~10k个或晶体管10,001~100k个。
特大规模集成电路(20世纪90年代后期到21世纪10年代前期)
ULSI英文全名为UltraLargeScaleIntegration,逻辑门10,001~1M个或晶体管100,001~10M个。
巨大规模集成电路(21世纪10年至今)
GLSI英文全名为GigaScaleIntegration,逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。
而根据处理信号的不同,可以分为模拟集成电路、数字集成电路、和兼具模拟与数字的混合信号集成电路。
2、关键名词:
贝尔实验室
贝尔实验室(BellLaboratories)
1925年,当时美国电话电报公司AT&T(前身为贝尔电话公司)总裁华特·基佛德(WalterGifford)收购了西方电子(WesternElectric)公司的研究部门,成立了一个叫做“贝尔电话实验室公司”的独立实体。
地点位于美国新泽西州联合县的MurrayHill。
实验室以亚历山大·格拉汉姆·贝尔(AlexanderGrahamBell,1847年-1922年)命名,贝尔是一位出生于苏格兰的加拿大发明家和企业家。
他获得了世界上第一台可用的电话机的专利权(发明者有争议),创建了贝尔电话公司。
贝尔实验室的工作可以大致分为三个类别:
基础研究,系统工程和应用开发。
在基础研究方面主要从事电信技术的基础理论研究,包括数学、物理学、材料科学、行为科学和计算机编程理论。
系统工程主要研究构成电信网络的高度复杂系统。
开发部门是贝尔实验室最大的部门,负责设计构成贝尔系统电信网络的设备和软件。
贝尔实验室是晶体管、激光器、太阳能电池、发光二极管、数字交换机、通信卫星、电子数字计算机、蜂窝移动通信设备、长途电视传送、仿真语言、有声电影、立体声录音,以及通信网等许多重大发明的诞生地。
自1925年以来,贝尔实验室共获得两万五千多项专利。
现在,平均每个工作日获得三项多专利。
主要研究成果如下:
时间
主要研究成果
1940年
数据型网络
1947年
晶体管、移动电话技术
1954年
太阳能电池
1958年
激光
1960年
金氧半场效应晶体管(MOSFET)(用于大规模集成电路的逻辑单元CMOS,如微处理器、单片机等)
1962年
语音信号数字传输、通信卫星:
Telstar1
1963年
无线电天文学(太空望远镜、电波望远镜)
1969年
C语言、UNIX操作系统、电荷耦合组件(CCD,用于条码读取器、摄影机、扫描仪、复印机)
1979年
系统单芯片型的数字信号处理器(SoCDSP,用于调制解调器、无线电话等
1947年,贝尔实验室发明晶体管,晶体管的发明为后来集成电路的降生吹响了号角。
参与这项研究的威廉·肖克利(WilliamShockley)、约翰·巴丁(JohnBardeen)、沃尔特·布拉顿(WalterBrattain)于1956年获诺贝尔物理学奖。
在AT&T时期,贝尔实验室的研发经费主要来自美国民众缴纳电话费的附加税,所以美国人不需花很多钱就可取得贝尔实验室的专利技术授权,分享贝尔实验室的研究成果。
1996年,贝尔实验室以及AT&T的设备制造部门脱离AT&T成为朗讯科技,AT&T保留了少数研究人员成为其研究机构:
AT&T实验室。
贝尔实验室现在属于法国阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent)公司。
3、关键名词:
晶体管
晶体管(transistor)
晶体管是一种固体半导体器件,可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能。
在1947年,由贝尔实验室所发明。
当时巴丁、布拉顿主要发明半导体三极管,肖克利则是发明PN二极管。
晶体管由半导体材料组成,至少有三个端子(称为极)可以连接外界电路。
晶体管作为一种可变开关,基于输入的电压,控制流出的电流,因此晶体管可做为电流的开关。
相较于继电器或其他机械开关,晶体管由于利用电信号来控制,开关速度可以比机械开关快很多,在实验室中的切换速度可达100GHz以上。
晶体管输出信号的功率可以大于输入信号的功率,因此晶体管可以作为电子放大器,有许多市售的分立晶体管,但集成电路中的晶体管数量远大于分立晶体管的数量。
例如超大规模集成电路(VLSI)其中至少有一万个晶体管。
晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一,在重要性方面可以与印刷术,汽车和电话等发明相提并论。
晶体管实际上是所有现代电器的关键主动(active)元件。
晶体管在当今社会的重要性主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程进行大规模生产的能力,因而可以不可思议地达到极低的单位成本。
虽然数以百万计的单体晶体管还在使用,绝大多数的晶体管是和二极管,电阻器,电容器一起被装配在微芯片(芯片)上以制造完整的电路。
模拟的或数字的或者这两者被集成在同一颗芯片上。
设计和开发一个复杂芯片的生产成本是相当高的,但是当分摊到通常百万个生产单位上,每个芯片的价格就是最小的。
一个逻辑门包含20个晶体管,而2012年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达14亿个。
晶体管的成本,灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件,例如数字计算。
在控制电器和机械方面,晶体管电路也正在取代电机设备,因为它通常是更便宜,更有效地仅仅使用标准集成电路并编写计算机程序来完成同样的机械任务,使用电子控制,而不是设计一个等效的机械控制。
因为晶体管的低成本和后来的电子计算机,数字化信息的浪潮来到了。
由于计算机提供快速的查找、分类和处理数字信息的能力,在信息数字化方面投入了越来越多的精力。
今天的许多媒体是通过电子形式发布的,最终通过计算机转化和呈现为模拟形式。
受到数字化革命影响的领域包括电视,广播和报纸。
4、关键名词:
威廉•肖克利
威廉•肖克利(WilliamShockley)
威廉·肖克利(1910年2月-1989年8月)是一位英国出生的美国物理学家和发明家,一生共获得90多项专利。
1936-1955年期间他在贝尔实验室工作,曾任晶体管物理部主任。
1947年,他和约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿共同发明了晶体管,并因此获得1956年的诺贝尔物理奖。
1951年他成为美国国家科学院院士。
1955年,肖克利在斯坦福大学南边的山景城建立自己的公司——肖克利半导体实验室(ShockleySemiconductorLaboratories)。
在此之前,尚未成熟的半导体工业一直集中在美国东部的波士顿和纽约长岛等地,肖克利的公司是硅谷第一家真正的半导体公司。
他从东部召来了八位优秀青年,其中包括诺宜斯(RobertNoyce)、摩尔(GordonMoore)、斯波克(CharheSpork)、雷蒙德(PierreLamond)等人。
但很快肖克利个人的管理方法有问题,他对管理技巧一窍不通,甚至跟人打交道的能力都没有,却偏偏十分自以为是。
一位硅谷经理人员说他是“一位天才,又是一位十足的废物”。
八名主要员工(八叛逆)于1957年集体跳槽成立了仙童半导体公司。
而肖克利实验室则每况愈下,1960年肖克利卖掉自己的公司,去斯坦福任教。
虽然他在商业上并没有取得成功,创建的半导体实验室夭折了,但他播下的种子却在硅谷茁壮成长,作为开创事业的先驱,造就了加利福尼亚州今天电子工业密布的硅谷地区。
70年代,肖克利公开宣称:
并不是所有的人在遗传上都是在同等水平的,也不是在同等的基础上进化的。
这些极具争议的活动,经过宣传媒体的广泛报道,不幸地掩去了威廉·肖克利的科学成就和他对硅谷所做的贡献。
他既是20世纪最具才华的人物之一,也是最让人难以捉摸的人物之一。
他的个性和才能注定了他只能充当硅谷一小段故事的主角,虽然十分精采、重要,但依然让后人感到一股浓郁的悲剧气息。
5、关键名词:
硅谷
硅谷(SiliconValley)
硅谷,是高科技事业云集的美国加利福尼亚州圣塔克拉拉谷的别称。
硅谷是随着20世纪60年代中期以来,微电子技术高速发展而逐步形成的,其特点是以附近一些具有雄厚科研力量的美国一流大学斯坦福、加州大学伯克利分校等世界知名大学为依托,以高技术的中小公司群为基础,并拥有思科、英特尔、惠普、苹果、谷歌等大公司,融科学、技术、生产为一体。
1971年的1月11日开始被用于《每周商业》报纸电子新闻的一系列文章的题目──美国硅谷。
之所以名字当中有一个“硅”字,是因为当地企业多数是从事加工制造高浓度硅的半导体行业和电脑工业。
而“谷”则是从圣克拉拉谷中得到的。
而当时的硅谷就是旧金山湾南端沿着101公路,从门罗公园、帕拉托经山景城、桑尼维尔到硅谷的中心圣克拉拉,再经坎贝尔直达圣何赛的这条狭长地带。
硅谷这一名称慢慢替代了此地最初的昵称果树林(ValleyofHeart'sDelight)。
早期以硅芯片的设计与制造著称,后来随着生物、空间、海洋、通讯、能源材料等新兴技术的蓬勃发展,硅谷的名称现泛指所有高技术产业。
硅谷是美国重要的电子工业基地,也是世界最为知名的电子工业集中地。
客观上成为美国高新技术的摇篮。
尽管美国和世界其他高新技术区都在不断发展壮大,但硅谷仍然是高科技技术创新和发展的开创者,该地区的风险投资占全美风险投资总额的三分之一。
当地原一直是美国海军一个工作站点,并且其航空研究基地也设于此,后来许多科技公司的商店都围绕着海军的研究基地而建立起来。
但当海军把它大部分位于西海岸的工程项目转移到圣迭戈时,美国国家航空航天局(NASA)接手了海军原来的工程项目,不过大部分的公司却留了下来,当新的公司又搬来之后,这个区域逐渐成为被航空航天企业聚积区。
1939年,斯坦福大学毕业生威廉·休利特(WilliamHewlett)和戴维·帕克特(DavidPackard)在一间车库里凭着538美元建立了惠普公司(Hewlett-Packard)──一个跟NASA及美国海军没有任何关系的高科技公司。
这间车库现在已经成为了硅谷发展的一个见证,被加州政府公布为硅谷发源地而成为重要的景点。
1956年,晶体管的发明人威廉·肖克利(WilliamShockley)在斯坦福大学南边的山景城创立肖克利半导体实验室。
1957年,肖克利决定停止对硅晶体管的研究。
当时公司的八位工程师出走成立了仙童(Fairchild)半导体公司,称为“八叛逆”。
“八叛逆”里的诺伊斯和摩尔后来创办了英特尔(Intel)公司。
在仙童工作过的人中,斯波克后来成为国民半导体公司的CEO,另一位桑德斯则创办了AMD公司。
半导体产业蓬勃发展。
1972年第一家风险资本在紧挨斯坦福的SandHill路落户,风险资本极大促进了硅谷的成长。
1980年苹果公司的上市吸引了更多风险资本来到硅谷。
SandHill在硅谷成为风险资本的代名词。
著名企业:
英特尔、惠普、苹果、甲骨文、eBay、Google、Facebook、NVIDIA、安捷伦、AMD、Adobe、雅虎、思科、施乐等。
6、关键名词:
仙童半导体公司及八叛逆
仙童半导体公司(FairchildSemiconductor)
仙童半导体公司,也译作飞兆半导体公司,曾经是世界上最大、最富创新精神和最令人振奋的半导体生产企业,为硅谷的成长奠定了坚实的基础。
更重要的是,这家公司还为硅谷孕育了成千上万的技术人才和管理人才,它不愧是电子、电脑业界的“西点军校”,是名副其实的“人才摇篮”。
一批又一批精英人才从这里出走和创业,书写了硅谷一段辉煌的历史
1955年,“晶体管之父”威廉·肖克利(WilliamBradfordShockley)离开贝尔实验室,创建肖克利半导体实验室。
他吸引了很多富有才华的年轻科学家加盟。
但是很快,肖克利的管理方法和怪异行为引起员工的不满。
其中八人决定一同辞职,他们是罗伯特·诺伊斯(RobertNoyce)、高登·摩尔(GordonMoore)、朱利亚斯·布兰克(JuliusBlank)、尤金·克莱尔(EugeneKleiner)、金·赫尔尼(JeanHoerni)、杰·拉斯特(JayLast)、谢尔顿·罗伯茨(SheldonRoberts)和维克多·格里尼克(VictorGrinich)。
后来他们被肖克利称为“八叛逆”。
八人接受位于纽约的“仙童摄影器材公司”(FairchildCameraandInstrument)的资助(Fairchild音译“费尔柴尔德”,意译为“仙童”),于1957年创办了仙童半导体公司。
他们主要制造一种双扩散基型晶体管,以便用硅来取代传统的锗材料,这是他们在肖克利实验室尚未完成却又不受肖克利重视的项目。
1958年1月,IBM公司给了他们第一张订单,订购100个硅晶体管,用于该公司电脑的存储器。
到1958年底,“八叛逆”的小小公司已经拥有50万销售额和100名员工,依靠技术创新优势,一举成为硅谷成长最快的公司。
仙童半导体公司业务迅速地发展,同时,一整套制造晶体管的平面处理技术也日趋成熟。
首先把具有半导体性质的杂质扩散到高纯度硅片上,然后在掩模上绘好晶体管结构,用照相制版的方法缩小,将结构显影在硅片表面氧化层,再用光刻法去掉不需要的部分。
扩散、掩模、照相、光刻,整个过程叫做平面处理技术,它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃。
1959年2月,德克萨斯仪器公司工程师基尔比申请第一个集成电路发明专利的消息传来,诺依斯十分震惊。
他当即召集“八叛逆”商议对策。
基尔比在TI公司面临的难题,比如在硅片上进行两次扩散和导线互相连接等等,正是仙童半导体公司的拿手好戏。
诺依斯提出:
可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线,这是解决元件相互连接的最好途径。
仙童半导体公司开始奋起疾追。
1959年7月,他们也向美国专利局申请了专利。
为争夺集成电路的发明权,两家公司开始旷日持久的争执。
1966年,基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予巴兰丁奖章,基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。
1969年,法院最后的判决下达,也从法律上实际承认了集成电路是一项同时的发明。
60年代的仙童半导体公司进入了它的黄金时期。
到1967年,公司营业额已接近2亿美元,在当时可以说是天文数字。
据那一年进入该公司的虞有澄博士(现英特尔公司华裔副总裁)回忆说:
“进入仙童公司,就等于跨进了硅谷半导体工业的大门。
”
然而,也就是在这一时期,仙童公司也开始孕育着危机。
母公司总经理不断把利润转移到东海岸,去支持费尔柴尔德摄影器材公司的盈利水平。
从此,纷纷涌进仙童的大批人才精英,又纷纷出走自行创业。
“八叛逆”中的赫尔尼、罗伯茨和克莱尔首先负气出走,成立了阿内尔科公司。
据说,赫尔尼后来创办的新公司达12家之多。
另一成员格拉斯也带着几个人脱离仙童创办西格奈蒂克斯半导体公司。
斯波克出走后来到国民半导体公司(NSC)担任CEO。
他大刀阔斧地推行改革,把NSC从康涅狄格州迁到了硅谷,使它从一家亏损企业快速成长为全球第6大半导体厂商。
桑德斯带着7位仙童员工创办高级微型仪器公司(AMD),这家公司曾是仅次于英特尔公司的微处理器生产厂商;1968年,“八叛逆”中的最后两位诺依斯和摩尔,也带着格鲁夫脱离仙童公司自立门户,他们创办的公司就是大名鼎鼎的英特尔(Intel)。
对此,80年代初出版的著名畅销书《硅谷热》(SiliconValleyFever)写到:
“硅谷大约70家半导体公司的半数,是仙童公司的直接或间接后裔。
在仙童公司供职是进入遍布于硅谷各地的半导体业的途径。
1969年在森尼维尔举行的一次半导体工程师大会上,400位与会者中,未曾在仙童公司工作过的还不到24人。
”从这个意义上讲,说仙童半导体公司是“硅谷人才摇篮”毫不为过。
7、关键名词:
摩尔定律
摩尔定律(Moore)
摩尔定律是由“八叛逆”之一,英特尔创始人之一戈登·摩尔提出来的。
1965年4月19日,《电子学》杂志(ElectronicsMagazine)第114页发表了摩尔(时任仙童半导体公司工程师)撰写的文章〈让集成电路填满更多的组件〉,文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。
1975年,摩尔在IEEE国际电子组件大会上提交了一篇论文,根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正,把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”,而现在普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”。
大抵而言,若在相同面积的晶圆下生产同样规格的IC,随着制程技术的进步,每隔一年半,IC产出量就可增加一倍,换算为成本,即每隔一年半成本可降低五成,平均每年成本可降低三成多。
就摩尔定律延伸,IC技术每隔一年半推进一个世代。
摩尔定律是简单评估半导体技术进展的经验法则,其重要的意义在于长期而言,IC制程技术是以一直线的方式向前推展,使得IC产品能持续降低成本,提升性能,增加功能。
由于高纯硅的独特性,集成度越高,晶体管的价格越便宜,这样也就引出了摩尔定律的经济学效益。
40多年中,半导体芯片的集成化趋势一如摩尔的预测,推动了整个信息技术产业的发展,进而给千家万户的生活带来变化。
“摩尔定律”对整个世界意义深远。
在回顾40多年来半导体芯片业的进展并展望其未来时,信息技术专家们认为,在以后“摩尔定律”可能还会适用。
但随着晶体管电路逐渐接近性能极限,这一定律终将走到尽头。
从技术的角度看,随着硅片上线路密度的增加,其复杂性和差错率也将呈指数增长,同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。
一旦芯片上线条的宽度达到纳米(10-9米)数量级时,相当于只有几个分子的大小,这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化,致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作,摩尔定律也就要走到尽头。
从经济的角度看,正如摩尔第二定律(1995年,Intel董事会主席罗伯特·诺伊斯预见到摩尔定律将受到经济因素的制约。
同年,摩尔在《经济学家》杂志上撰文写道:
“现在令我感到最为担心的是成本的增加,…这是另一条指数曲线”。
他的这一说法被人称为摩尔第二定律)所述,20-30亿美元建一座芯片厂,线条尺寸缩小到0.1微米时将猛增至100亿美元,比一座核电站投资还大。
由于花不起这笔钱,越来越多的公司退出了芯片行业。
8、关键名词:
硅片尺寸
晶圆(Wafer)
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片,由于其形状为圆形,故称为晶圆。
晶圆是生产集成电路所用的载体,一般意义晶圆多指单晶硅圆片。
晶圆是最常用的半导体材料,按其直径分为4英寸(100mm)、5英寸(125mm)、6英寸(150mm)、8英寸(200mm)、12英寸(300mm)等规格,目前正在研发更大规格18英寸(450mm)以上等
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