【正文】 中國芯 2022年 5月 25日 165 未來十年將是我國微 子 產(chǎn) 業(yè)的 黃金時期 2022年 5月 25日 166 集成電路設(shè)計(jì)業(yè)迅速發(fā)展 國內(nèi)設(shè)計(jì)企業(yè)一派欣欣向榮的景象 龍芯等各種 CPU為代表的高性能芯片 設(shè)計(jì)企業(yè)已經(jīng)突破 400家 設(shè)計(jì)業(yè)具有巨大的市場空間和創(chuàng)新空間 產(chǎn)值迅速增長 2022年 5月 25日 167 高級工程技術(shù)人才和設(shè)計(jì)人才短缺已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素。 青鳥嵌入式芯片 ： 北大青鳥研發(fā)的嵌入式CPU產(chǎn)品。 2022年 5月 25日 164 神威系列 ： 2022年 11月，上海復(fù)旦微電子公司研制成功神威一號，代表國內(nèi) CPU研制最高水平的高性能嵌入式 32位微處理 器。國內(nèi)首個完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 DSP。 方舟系列 ： 由方舟科技公司 (原中芯微系統(tǒng)公司)研制，應(yīng)用在國內(nèi)教育、金融、稅務(wù)等行業(yè)。它的應(yīng)用極其廣泛，像手機(jī)、 VCD、機(jī)頂盒都是應(yīng)用這類處理器。 龍信系列 ： “ 龍芯一號 ” CPU 自 2022年 9月面世，風(fēng)頭一時無二； 12月 23日，由中科院計(jì)算所、海爾 集團(tuán)、長城集團(tuán)長軟公司、中軟股 份、中科紅旗、曙光集團(tuán)、神州龍 芯等國內(nèi)七家聯(lián)手發(fā)起的 “ 龍芯聯(lián)盟 ” 于正式成立。 2022年 5月 25日 149 隨著 t gate 的縮小，柵泄漏電流呈指數(shù)性增長 超薄柵 氧化層 柵氧化層的勢壘 G S D 直接隧穿的泄漏電流 柵氧化層厚度小于 3nm后 tgate 大量的 晶體管 柵介質(zhì)的限制 傳統(tǒng)的柵結(jié)構(gòu) 重?fù)诫s多晶硅 SiO2 硅化物 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 : L ? T ox Xj1/3 90nm→ 65nm工藝：柵極柵介質(zhì)已經(jīng)縮小到 （約等于 5個原子厚度）柵極柵介質(zhì)太薄，就會造成漏電電流穿透 2022年 5月 25日 150 在 45nm工藝中采用 High－ K＋金屬柵極晶體管 使摩爾定律得到了延伸（可以到 35nm、 25nm工藝） 2022年 5月 25日 151 我國微電子發(fā)展概況 2022年 5月 25日 152 我國微電子學(xué)的歷史（學(xué)術(shù)） 1956年五校在北大聯(lián)合創(chuàng)建半導(dǎo)體專業(yè) 北京大學(xué)、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、吉林大學(xué)、廈門大學(xué) 教師：黃昆、謝稀德、高鼎三、林蘭英 學(xué)生：王陽元、許居衍、陳星弼、秦國剛 1977年北京大學(xué)誕生第一塊大規(guī)模集成電路 1K SRAM 2022年 7校的微電子專業(yè)評為國家重點(diǎn)學(xué)科 北大、清華、復(fù)旦、南大、上交大、西電、成電 2022年 9月成立 9個國家 IC人才培養(yǎng)基地 北大、清華、復(fù)旦、浙大、西電、上交大、成電、東南、華中科大 2022年 5月 25日 153 我國微電子學(xué)的歷史（產(chǎn)業(yè)） 1982年：成立電子計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路領(lǐng)導(dǎo)小組 80年代：初步形成三業(yè)分離狀態(tài) 制造業(yè)、設(shè)計(jì)業(yè)、封裝業(yè) 2022年：成立 7個國家集成電路產(chǎn)業(yè)化基地 北京、上海、深圳、杭州、無錫、西安、成都 2022年 5月 25日 154 我國在微電子領(lǐng)域的投資 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 0 01 9 9 9 2 0 0 2 2 0 0 5 2 0 1 0今后8 年今后3 年近3 年9 9 年以前中國集成電路產(chǎn)業(yè)的累計(jì)投資額 數(shù)據(jù)來源：徐小田 2022年 5月 25日 155 我國微電子發(fā)展展望 我國 IC制造企業(yè)地區(qū)分布及銷售情況 05年需求 408億美元，產(chǎn)值 88億， 2022年達(dá)1240億 06年進(jìn)口達(dá) 1068億美元是原油的 2022年 5月 25日 156 我國微電子發(fā)展展望 ? 到 2022年總投資量 600億美元，建成 20 ~ 40條生產(chǎn)線， 200個設(shè)計(jì)公司及 20家封裝 /測試廠 ? 帶動上海 700億美元相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成為第一大產(chǎn)業(yè) ?上海 IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo) 2022年 5月 25日 157 我國微電子發(fā)展展望 北京微電子研討會： 2022年（ 政策制定 ） 10 ~ 20條集成電路生產(chǎn)線 零地租 30年 政府跟進(jìn)總投資的 15% 天津 深圳 試點(diǎn) 2022年 5月 25日 158 我國微電子發(fā)展展望 上海中芯國際： 8英寸， ()。 器件與工藝限制 材料限制 :硅材料較低的遷移率將是影響 IC 發(fā)展的一個重要障礙。所以在亞微米范圍，從熱力學(xué)的角度暫時不會遇到麻煩。由于熱擾動的影響，對于數(shù)字邏輯系統(tǒng)，開關(guān)能量至少應(yīng)滿足 ES 4kT=*10 20 J 。 新器件結(jié)構(gòu)與新材料 美國海軍已采用 SiC晶體管開發(fā)了 540kW的雷達(dá)發(fā)射機(jī)。 GeSi/Si 異質(zhì)結(jié)技術(shù) 與目前已極為成熟的硅工藝有很好的兼容性，但可制成比硅器件與集成電路頻率更高，性能更好的器件與集成電路，被譽(yù)為第二代硅技術(shù)。 在 ， 銅互連與低介電常數(shù)絕緣材料共同使用（預(yù)測可縮到 20nm） 傳統(tǒng)的鋁互聯(lián)（電導(dǎo)率低、易加工） 對遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要作用。 采用微電子加工技術(shù)，在指甲蓋大小的 硅片上制作含有多達(dá) 1020萬種 DNA基因片段的芯片。從廣義上講，MEMS是指集 微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微機(jī)電系統(tǒng) 。 ” 可編程 ASIC包括可編程邏輯器件（ PLD）和現(xiàn)場可編程門陣列（ FPGA），用戶購得通用的可編程器件，通過 CAD軟件對器件內(nèi)部功能進(jìn)行配置，達(dá)到電子系統(tǒng)集成化的目的。 2022年 5月 25日 137 七十年代的集成電路設(shè)計(jì) ?基于晶體管級互連 ?微米級工藝 ?主流 CAD：圖形編輯 Vdd A B Out 2022年 5月 25日 138 八十年代的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) PE L2 MEM Math Bus Controller IO Graphics ? PCB集成 ? 工藝無關(guān) 系統(tǒng) ?亞微米級工藝 ?依賴工藝 ?基于標(biāo)準(zhǔn)單元互連 ?主流 CAD:門陣列 標(biāo)準(zhǔn)單元 集成電路芯片 2022年 5月 25日 139 世紀(jì)之交的系統(tǒng)設(shè)計(jì) SYSTEMONACHIP ?深亞微米、超深亞 微米級工藝 ?基于 IP復(fù)用 ?主流 CAD：軟硬件協(xié) 同設(shè)計(jì) MEMORY Cache/SRAM or even DRAM Processor Core DSP Processor Core Graphics MPEG VRAM Motion Encryption/ Decryption SCSI EISA Interface Glue Glue PCI Interface I/O Interface LAN Interface 功能描述 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 物理設(shè)計(jì) 2022年 5月 25日 140 現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)替代 專用集成電路（ ASIC） 用可編程邏輯技術(shù)把整個系統(tǒng)放到一塊硅片上 ， 稱作 SOPC?！顏單⒚? , , , → 納米 90 nm →65 nm → 45nm 2022年 5月 25日 134 美國 1997 ~ 2022 年半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展規(guī)劃 1997 1999 2022 2022 2022 2022 2022 比特 / 芯片 256M 1G 4G 16G 64G 256G 特征尺寸（ μm） 晶片直徑（ mm） 200 300 300 300 300 450 450 2022年 5月 25日 135 我國國防科工委對世界硅微電子技術(shù)發(fā)展的預(yù)測 2022 2022 2020 集成度 1G 64G 256G 特征尺寸（ μm） ~ ~ 晶片直徑（ mm） 300 400 450 2022年 5月 25日 136 解調(diào)/ 糾錯傳輸反向多路器M P E G 解碼D R A MD R A M聲頻接口視頻接口IBMCPUSTBPS C IIE E E 12 84G P IO,etcD R A M衛(wèi)星/電纜第二代將來第三代SOC System On A Chip 集成電路走向系統(tǒng)芯片 設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場革命。而平均晶體管價格降低了 107倍。 2022年 5月 25日 131 微電子產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略重要性 2020年世界最大的 30個市場領(lǐng)域：其中與 微電子相關(guān)的 21個市場： 5萬億美元（ Nikkei Business 1999） 市場 銷售額 （ 10 億美元） 市場 銷售額 （ 10 億美元） 手提數(shù)據(jù)通訊 * 630 超薄顯示器 * 170 個人電腦 * 470 IC 卡 * 165 移動電話服務(wù) * 380 地面微波廣播 * 160 CPU * 300 DNA 生物芯片 160 數(shù)據(jù)存儲產(chǎn)品 * 270 多用途通訊設(shè)備 * 155 磁存儲 * 250 半導(dǎo)體設(shè)備 * 150 電子商務(wù) * 250 電力交通工具 150 網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù) * 230 墻壁式超薄電視 * 145 高密度磁存儲 * 230 移動電話 * 140 系統(tǒng)集成芯片 * 210 直接引入 工具 140 家庭醫(yī)療設(shè)備 * 210 IT S 設(shè)備 140 互聯(lián)網(wǎng) * 200 DNA 加工食品 135 數(shù)字電視 * 200 液晶顯示器 * 120 智能傳輸系統(tǒng) 190 仿制品 1 15 代理軟件 180 燃油汽車 1 10 2022年 5月 25日 132 21世紀(jì)微電子學(xué)發(fā)展方向 2022年 5月 25日 133 微電子技術(shù)與其它領(lǐng)域相結(jié)合將產(chǎn)生新的產(chǎn)業(yè)和新 的學(xué)科，例如 MEMS、 DNA芯片等 集成電路 (IC)將發(fā)展成為系統(tǒng)芯片 (SOC) 特征尺寸繼續(xù)等比例縮小，晶圓尺寸繼續(xù)增大。 在國際分工中我們將只能處于低附加值的低端上。 2022年 5月 25日 128 微電子科學(xué)技術(shù)的戰(zhàn)略地位 銷售額 利潤 利潤率 Intel 公司 294 億美元 73 億 美元 2 4 .8% 我國一家以計(jì)算機(jī)銷售生產(chǎn)為主的 IT 企業(yè) 200 億人民幣 5 億 人民幣 2 .5% 我國的 VCD 產(chǎn)業(yè) 2% 同樣 ， TI公司的技術(shù)創(chuàng)新 ， 數(shù)字信號處理器 （DSP） 使它的利潤率比諾基亞高出 10個百分點(diǎn) 。 大規(guī)模集成技術(shù)： 可在 14cm2的面積上制作出 140億個具有同樣功能的器件，每個器件的長度約為 15 μm，消耗能量 pJ ，工作壽命可達(dá) 10億小時。 是大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中用來沉積不同金屬，包括鋁、鋁合金、鈦、鎢鈦合金和鎢的應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。 ?濺射鍍膜（主要是二級濺射）的缺點(diǎn)是： 濺射設(shè)備復(fù)雜、需要高壓裝置；濺射淀積的成膜速度低，真空蒸鍍淀積速率為 ～ 5μm/min，而濺射速率則為 ～。 ? 濺射鍍膜膜密度高，針孔少，且膜層的純度較高，因?yàn)樵跒R射鍍膜過程中，不存在真空鍍膜時無法避免的坩堝污染現(xiàn)象。 2022年 5月 25日 119 ? 濺射鍍膜的特點(diǎn)（與真空蒸發(fā)鍍膜相比）： ? 任何物質(zhì)均可以濺射，尤其是高熔點(diǎn)、低蒸氣壓元素和化合物。 2022年 5月 25日 118 濺射法的優(yōu)點(diǎn) （ 4） 改變加在硅晶片上的 偏壓和溫度 可以對薄膜的 許多重要性質(zhì) 加以控制 ， 如臺階覆蓋和晶粒結(jié)構(gòu)等 。只要 調(diào)節(jié)時間 就可以得到所需厚度 。 即蒸發(fā)原子或分 子在基片表面上的淀積過程 真空蒸發(fā)的原理圖 2022年 5月 25日 117 濺射法優(yōu)點(diǎn) 在大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)中