半导体十年巨变.doc

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1、前言回顾2000年至今的半导体业发生了巨大的变化，产业的销售额从2000年的2000亿美元增加到2011年的近3000亿美元，统计此阶段的年均增长率己从过去的近17％下降到6％左右。近十年中从产业的环境出现过一次2001年的互联网泡沫破裂，导致产业有两年的调整，积聚能量直至2004年再次跃起。此后由于12英寸硅片的导入，产业开始又一轮的产能扩充竞赛，直至2008年Q4全球金融危机的爆发。由于金融危机属于外部因素，在那时产业的基体仍是相当健康，因此仅用6个季度时间半导体业又重新开始复苏，加上终端电子产品市

2、场如苹果的iPhone,iPad等兴起,并且来势十分强劲，导致2010年半导体业进入又一个历史的高点，增长达32％。2011年对于全球半导体业是个让人感觉十分怪异,原本以为在2010年高增长的动能驱使下,产业至少该有10％左右的增长，实际上由于产业的迅速回调，半导体产业又进入一轮下降通道,导致2011年仅只有1％的增长，并预测2012年的增长在5％左右。业界都认为全球经济的大环境,包括GDP,消费者信心指数，失业率等将左右未来的半导体业。由此表明两个方面;一个是半导体自身增长动能不足，另一个是产业日趋成

3、熟。未来半导体业可能再难有两位数以上的成长。感谢英特尔两次革命性的技术突破摩尔定律激励半导体业进步，它要求每两年按尺寸等比缩小70％，前进一个台阶，至2011年时己达22纳米,发现一步也没有偏离，要感谢英特尔为产业立下汗马功劳。按ITRS路线图，2005年已进入65纳米工艺节点，此时二氧化硅的沟道厚度只有2纳米，相当于5个硅原子厚度，随时可能因缺陷等因素发生漏电流大量上升,而导致器件失效。英特尔于2007年及时的开发出高k金属栅工艺，相当于把沟道的等值厚度提高。摩尔称这项创新是“20世纪60年代多晶硅栅

4、极MOS晶体管出现以来，晶体管技术的最大变化”。甚至《时代》杂志认为，英特尔Penryn微处理器是2007年最佳发明之一。把定律至少又延伸十年。另一次是2011年的22纳米节点3D晶体管结构。据北京《华尔街日报》报道,它公布的2011年美国“科技创新奖”，英特尔的3-D三栅极晶体管设计获得半导体类别创新大奖。英特尔的3-D三栅极晶体管结构代表着从2-D平面晶体管结构的根本性转变。这项革命性成果，其关键在于英特尔能够把全新的3-D三栅极晶体管投入批量生产，开启了摩尔定律的又一个新时代。与之前的32纳米2D

5、平面晶体管相比，22纳米3-D三栅极晶体管在低电压下将性能提高了37%，而全新的晶体管结构只需消耗不到一半的电量。尺寸缩小可能走到尽头目前做芯片的制造商都面临要作困难的决定。跟踪先进制程？还是”不”？事实上今天看到的凡是最先进的工艺节点，都由英特尔首先突破，此后才有10%的AASP芯片设计跟随它。10%不是一个随便的数字，而是表示10%的产品要实现量产,满足市场需要。在130nm时许多制造商紧紧追赶，几乎谁都不愿落后。但是到90/65nm时发现ASSP产品己经有2年的滞后，很大程度上取决于代工的工艺能力

6、。到32nm时发现与英特尔出该产品的时间己经有4年的差距。因为代工的兴趣点(sweetspot)，或者AASP及ASIC的兴趣点总在全球最先进的工艺制程之后，即消费电子产品市场,包括手机等的需求在开初时不会采用最先进的工艺制程，只有当市场需求的量上来后,才会考虑釆用最先进制程来获得更多的利益。衡量尺寸缩小的效果用每个栅的平均成本来考量，到22纳米时可能出现逆转,而开始上升。由此业界开始质疑，尺寸还会继续缩小？看来摩尔定律接近终点时关键不一定在技术上能否实现，而是更主要从经济层面，考虑尺寸缩小所需要的投入

7、，及它的回报率在哪里？硅片尺寸的过渡目前全球一半以上的fab产能超过10年以上，其中依200mm及300mm硅片fab为主。问题是如何支持这些老旧fab及设备能够满足日益增长的市场需求2011年日本大地震引发出许多老旧150mm,200mmfab及备件问题。下图汇总一些历史数据及预测，来观察全球硅片尺寸的过渡趋势。由于未来全球半导体业仍有6-7％的年均增长率来推动工业成长。当假设450mm硅片在2017年开始依较快速率的增长，与300mm硅片的交*点可能在2023年附近。从图中看到150mm硅片在199

8、9年左右开始下降,200mm硅片在2009年左右开始下降，表明接近10年为一个硅片尺寸周期。按理2019年应该开始450mm与300mm交替，可能由于全球大环境与定律趋向终结等原因推迟了更替。另外OEM估计为什么200mm硅片至今仍非常稳定不衰,有两个因素,1),那些己经全折旧完的fab能实现盈利,虽然有些产品的ASP持续下降，但是这些fab仍在支撑它。2),现在许多200mmfab开始转向LED,MEMS与功率器件生产。老旧fab有两个方