半导体制造业的发展趋势.docx

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1、半导体制造业的发展趋势　　半导体是所有电子装置的基础。制造工艺和材料的发展推动了电路密度的提高，从而使芯片速度更高、面积更小、成本更低。今天，整块半导体可能不到第一枚硅晶体管的1/5。2000年8月推出的英特尔奔4处理器含4200万个晶体管，Nvidia的GeForce　FX图形处理器有1.25亿个晶体管，比20世纪70年代初英特尔的第一个处理器进步了一大块，当时的4004大约含2300个晶体管。　　半导体加工工艺由许多复杂工序组成。半导体公司拥有各个领域的专家，包括冶金学家、化学家、物理学家和工程师。整个工艺一般为1～3个月，涉及晶片加工和测试

2、，芯片封装以及最终测试。鉴于研制周期和批量加工性质，成本一般取决于每批启动的晶片数量和产品加工的成品率。　　除了工艺技术外，半导体制造中的其他关键因素包括晶片尺寸和线宽。线宽越小，速度越快。每一块晶片要容纳无数个半导体芯片。许多新的加工厂目前都采用8英寸晶片，但行业发展趋势是12英寸或300毫米晶片。据SEMI分析，半导体行业大约需要30～40个生产300毫米晶片的工厂。尽管向12英寸晶片发展要求巨额设备投资，但这将有助于降低成本，因为300毫米晶片容量一般是200毫米晶片的2.5倍。2001年3月，英特尔推出了其第一个全功能300毫米晶片，采用

3、0.13微米技术。每一块晶片上的芯片增加240%，每一个芯片成本下降30%、水电成本下降40%。　　（一）设计和加工　　半导体的设计越来越复杂，每块电路的设计工作量不断增加。芯片设计采用自动化工具如CAD程序和EDA（电子设计自动化）。芯片的大部分功能和成本在设计阶段决定。设计能力曾阻碍了半导体的发展，但目前最终设计的测试能力成为主要瓶颈。应对这一危机的领先EDA工具销售商包括Cadence　Desigh　Systems、Synopsys和Mentor。7/7　　作为一般规律，设计对资本要求不高，但需要大量人才，而制造要求大量资本，但不要太多人

4、才。晶片加工工艺极其复杂，设备和工具投资要几十亿美元。因此进入壁垒很高。领先晶片加工商包括英特尔、东芝、日立、三星、Micron以及纯委托加工厂如中国台湾的TSMC和UMC。　　晶片加工前道工序包括取向生长、光致抗蚀和光刻工艺、酸蚀、脱模、离子植入/扩散、CMP等。由于线宽越来越小，需要专门的激光装置进行深度紫外线（DUV）光蚀。此外，掩模的价格也越来越高。TSMC称，2002年1月用于0.13微米设计的空白光掩模每套成本大约为65万美元。用于0.10微米设计的掩模大约每套为150万～200万美元。　　后道工序包括测试、组装和封装。随着先进的封

5、装技术如在GHz范围内有2000多个插脚和输入输出的倒装BGA的出现，封装设计成为一大问题。Synopsys　VP的一位资深人员指出，有可能出现“10美元的芯片，50美元封装”的情况。此外，随着半导体产品的复杂性不断提高，日益上升的测试成本成为行业的一大忧虑。有人提出，今后10年测试成本将超过加工成本。LST　Logic认为不会发生这种情况，因为半导体行业将开始用测试器进行测试，并将其放在芯片上。　　作为自然发展，行业一体化瓦解，封装功能更多地向远东低成本地区外包。领先IC封装公司包括Amkor　Technology、ST　Assembly、AS

6、E　Test以及Chip　PAC。封装业务是低附加值的，其单位价格和利润都低于半导体制造业的其他领域。　　（二）技术发展趋势　　随着产品生命周期和收益高峰期的缩短，投放市场的时间成为市场制胜的关键因素。具有先发优势的企业不仅在市场上的时间更长，而且有更大的能力来影响标准，获得关键的设计地位和合作主动权。为了满足OEM的要求，目前半导体制造业的主要技术趋势为：　　1.晶片尺寸更大7/7　　半导体工业正在向300毫米（12英寸）的晶片转换。尽管最近两年行业设备投资大大下降，但仅有的设备投资可能都投入了300毫米晶片厂的建设。摩托罗拉半导体产品部称，

7、目前全球计划中的300毫米晶片厂大约有30个。　　2．线宽更小　　1989年推出的英特尔486处理器采用1微米工艺技术。目前领先半导体工艺平均为0.15和0.13微米。为实现这样的过渡，在R&D和新制造工具上要投入几十亿美元。目前已经在开发0.07微米（70纳米）技术，英特尔计划最早在2003年初展示其0.09微米工艺技术。在接近摩尔定律极限的同时，科学家们正在研究分子晶体管的可能性。制造商通过缩小线宽缩短电流流经的距离，提高芯片速度，降低功耗和散热。　　3.新材料　　大部分半导体采用硅，随着速度要求的提高，许多新材料得到应用，其中包括常用的G

8、aAs、SiGe、InPh，还有一些不太常用的材料，如锑、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）。COMS可提供高水平的集成，