集成電路原理與設(shè)計(jì)補(bǔ)充

集成電路設(shè)計(jì)原理ThePrinciplesofIntegratedCircuitDesign

12/24/20221課程介紹課程任務(wù)課程教學(xué)內(nèi)容及安排教材及參考書成績(jī)考核辦法>>第一章12/24/20222課程任務(wù)

本課程的任務(wù)是：在鞏固電子類專業(yè)基礎(chǔ)課（電路分析、數(shù)電、模電）及相關(guān)專業(yè)課程（半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體工藝原理、微電子器件）的前提下，學(xué)習(xí)并掌握IC的基本單元結(jié)構(gòu)、工作原理及其電學(xué)特性以及集成電路工藝及其進(jìn)展，能利用MOS器件構(gòu)建數(shù)字集成電路并根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求（面積，速度，功耗和可靠性），進(jìn)行電路分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力。<<返回12/24/20223課程教學(xué)內(nèi)容及安排總學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)（課堂教學(xué)64學(xué)時(shí)）課堂教學(xué)內(nèi)容：第一章：緒論（2課時(shí)）第二章：集成電路制作工藝（8課時(shí)）第三章：集成電路中的器件及模型（8課時(shí)）第四章：數(shù)字集成電路的基本單元電路（20課時(shí)）第五章：數(shù)字集成電路中的基本模塊（8課時(shí)）第六章：COMS集成電路的I/O設(shè)計(jì)（4課時(shí)）第七章：MOS存儲(chǔ)器（6課時(shí)）第八章：集成電路的設(shè)計(jì)方法和版圖設(shè)計(jì)（4課時(shí)）<<返回12/24/20224教材及參考書教材：

甘學(xué)溫，趙寶瑛等著，集成電路原理與設(shè)計(jì)，北京大學(xué)出版社，2006。參考書目：JanM.Rabaey等著，周潤(rùn)德等譯，數(shù)字集成電路：電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)(第2版)，電子工業(yè)出版社，2004年；Sung-MoKang等著，王志功等譯，CMOS數(shù)字集成電路分析與設(shè)計(jì)(第3版)，電子工業(yè)出版社，2004年。12/24/20225參考書目：R.JacobBaker等著，陳中建譯，CMOS電路設(shè)計(jì)、布局與仿真，機(jī)械工業(yè)出版社，2006年；NeilH.E.Weste,DavidHarris等著，CMOS大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)（英文版第3版），影印本，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年。<<返回12/24/20226成績(jī)考核辦法考核方式平時(shí)（上課、作業(yè)等情況）理論筆試（考試）總成績(jī)

總成績(jī)=0.7×筆試成績(jī)＋0.3×平時(shí)成績(jī)（考勤+作業(yè)）<<返回12/24/20227第一章緒論§1.1集成電路的重要作用§1.2集成電路及其分類§1.3描述集成電路工藝技術(shù)水平的五個(gè)技術(shù)指標(biāo)§1.4集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架§1.5集成電路的發(fā)展歷史§1.6集成電路的發(fā)展規(guī)律§1.7未來(lái)的發(fā)展和挑戰(zhàn)§1.8我國(guó)微電子的發(fā)展概況<<課程介紹12/24/20228

實(shí)現(xiàn)社會(huì)信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件不管是各種計(jì)算機(jī)和/或通訊機(jī)，它們的基礎(chǔ)都是微電子（集成電路）。§1.1集成電路的重要作用12/24/20229集成電路1~2元電子產(chǎn)品10元國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值100元集成電路的戰(zhàn)略地位首先表現(xiàn)在當(dāng)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)的“食物鏈”關(guān)系進(jìn)入信息化社會(huì)的判據(jù)：半導(dǎo)體產(chǎn)值占工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的0.5%12/24/202210據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（SIA）預(yù)測(cè)

電子信息服務(wù)業(yè)30萬(wàn)億美元相當(dāng)于1997年全世界GDP總和電子裝備6-8萬(wàn)億元集成電路產(chǎn)值1萬(wàn)億美元GDP≈50萬(wàn)億美元2012年12/24/202211其次，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，發(fā)達(dá)國(guó)家在發(fā)展過(guò)程中都有一條規(guī)律集成電路（IC）產(chǎn)值的增長(zhǎng)率（RIC）高于電子工業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)率（REI）電子工業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)率又高于GDP的增長(zhǎng)率（RGDP）一般有一個(gè)近似的關(guān)系

RIC≈1.5~2REIREI≈3RGDP12/24/202212世界GDP增長(zhǎng)與世界集成電路產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)情況比較（資料來(lái)源：ICE商業(yè)部）

抓住集成電路產(chǎn)業(yè)，就能促進(jìn)GDP高速增長(zhǎng)12/24/202213我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)60年代后期人均GDP—200-300美元（1967年為267美元）70-80年代大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)90年代IT業(yè)高速發(fā)展97年人均GDP=13559美元<<返回12/24/202214§1.2集成電路及其分類1.什么是集成電路？IntegratedCircuit，縮寫IC通過(guò)一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無(wú)源器件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能的微型結(jié)構(gòu)。12/24/202215幾個(gè)概念

微電子學(xué)：Microelectronics一門學(xué)科，一門研究集成電路設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、封裝等全過(guò)程的學(xué)科

半導(dǎo)體：Semiconductor內(nèi)涵及外延均與微電子類似，是早期的叫法

集成電路IC（IntegrateCircuit）：一類元器件的統(tǒng)稱，該類器件廣泛應(yīng)用于電子信息產(chǎn)業(yè)，幾乎所有的電子產(chǎn)品均由集成電路裝配而成

芯片：chip/die沒(méi)有封裝的集成電路，但通常也與集成電路混用，作為集成電路的又一個(gè)名稱

集成系統(tǒng)芯片SoC（SystemonaChip）：微電子學(xué)和集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，指在單芯片上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的功能12/24/2022162.集成電路的分類12/24/202217按器件結(jié)構(gòu)類型分類雙極集成電路：主要由雙極晶體管構(gòu)成只含NPN型晶體管的雙極集成電路（數(shù)字電路）含NPN型及PNP型晶體管的雙極集成電路（模擬電路）金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)集成電路：主要由MOS晶體管(單極晶體管)構(gòu)成NMOSPMOSCMOS(互補(bǔ)MOS)

雙極-MOS(Bi-MOS)集成電路：同時(shí)包括雙極和MOS晶體管的集成電路為Bi-MOS集成電路，綜合了雙極和MOS器件兩者的優(yōu)點(diǎn)，但制作工藝復(fù)雜優(yōu)點(diǎn)是速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是功耗較大、集成度較低功耗低、集成度高，隨著特征尺寸的縮小，速度也可以很高12/24/202218按集成電路規(guī)模分類集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路(SmallScaleIC，SSI)中規(guī)模集成電路(MediumScaleIC，MSI)大規(guī)模集成電路(LargeScaleIC，LSI)超大規(guī)模集成電路(VeryLargeScaleIC，VLSI)特大規(guī)模集成電路(UltraLargeScaleIC，ULSI)巨大規(guī)模集成電路(GiganticScaleIC，GSI）

盡管英語(yǔ)中有VLSI，ULSl和GSI之分，但VLSI使用最頻繁，其含義往往包括了ULSI和GSI。中文中把VLSI譯為超大規(guī)模集成，更是包含了ULSI和GSI的意義。12/24/202219規(guī)摸大小通常按集成度或每個(gè)芯片的門數(shù)來(lái)劃分，如下表所示（以邏輯IC為例）。集成電路規(guī)模的劃分IC規(guī)模的劃分SSIMSILSIVLSIULSIGSI芯片所含元件數(shù)<102102~103103~105105~107107~109>109芯片所含門數(shù)<1010~102102~104104~106106~108>108此外，還有按其他標(biāo)準(zhǔn)的一些IC分類，如按電路功能和所處理信號(hào)的不同，可分?jǐn)?shù)字或邏輯IC（Digital/LogicIC）、模擬IC（AnalogIC）和數(shù)模混合IC（Digital-AnalogMixedIC）；根據(jù)所采用晶體管的不同，又可分為雙極型IC和MOS型IC。

<<返回12/24/202220§1.3描述集成電路工藝技術(shù)水平

的五個(gè)技術(shù)指標(biāo)1.集成度（IntegrationLevel）2.特征尺寸(FeatureSize)3.晶片直徑(WaferDiameter)4.芯片面積(ChipArea)5.封裝(Package)12/24/2022211.集成度（IntegrationLevel）是以一個(gè)IC芯片所包含的元件(晶體管或門/數(shù))來(lái)衡量，（包括有源和無(wú)源元件）。隨著集成度的提高，使IC及使用IC的電子設(shè)備的功能增強(qiáng)、速度和可靠性提高、功耗降低、體積和重量減小、產(chǎn)品成本下降，從而提高了性能/價(jià)格比，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，因此集成度是IC技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。為了提高集成度采取了增大芯片面積、縮小器件特征尺寸、改進(jìn)電路及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等措施。為節(jié)省芯片面積普遍采用了多層布線結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已達(dá)到7層布線。晶片集成(WaferScaleIntegration-WSI)和三維集成技術(shù)也正在研究開(kāi)發(fā)。自IC問(wèn)世以來(lái)，集成度不斷提高，現(xiàn)正邁向巨大規(guī)模集成(GigaScaleIntegration-GSl)。從電子系統(tǒng)的角度來(lái)看，集成度的提高使IC進(jìn)入系統(tǒng)集成或片上系統(tǒng)(SoC)的時(shí)代。<<返回12/24/202222

特征尺寸從4μm~70nm的成比例減少的線條2.特征尺寸(FeatureSize)/（CriticalDimension）特征尺寸定義為器件中最小線條寬度(對(duì)MOS器件而言，通常指器件柵電極所決定的溝道幾何長(zhǎng)度)，也可定義為最小線條寬度與線條間距之和的一半。減小特征尺寸是提高集成度、改進(jìn)器件性能的關(guān)鍵。特征尺寸的減小主要取決于光刻技術(shù)的改進(jìn)。集成電路的特征尺寸向深亞微米發(fā)展，目前的規(guī)?；a(chǎn)是0.18μm、0.15μm、0.13μm工藝，Intel目前將大部分芯片生產(chǎn)制成轉(zhuǎn)換到0.09μm。下圖自左到方給出的是寬度從4μm~70nm按比例畫出的線條。由此，我們對(duì)特征尺寸的按比例縮小有一個(gè)直觀的印象。<<返回12/24/202223尺寸從2寸～12寸成比例增加的晶圓3.晶片直徑(WaferDiameter)為了提高集成度，可適當(dāng)增大芯片面積。然而，芯片面積的增大導(dǎo)致每個(gè)圓片內(nèi)包含的芯片數(shù)減少，從而使生產(chǎn)效率降低，成本高。采用更大直徑的晶片可解決這一問(wèn)題。晶圓的尺寸增加，當(dāng)前的主流晶圓的尺寸為8吋，正在向12吋晶圓邁進(jìn)。下圖自左到右給出的是從2吋～12吋按比例畫出的圓。由此，我們對(duì)晶圓尺寸的增加有一個(gè)直觀的印象。<<返回12/24/202224通過(guò)下圖以人的臉面相對(duì)照，我們可以對(duì)一個(gè)12吋晶圓的大小建立一個(gè)直觀的印象。

一個(gè)12吋晶圓與人臉大小的對(duì)比12/24/2022254.芯片面積(ChipArea)

隨著集成度的提高，每芯片所包含的晶體管數(shù)不斷增多，平均芯片面積也隨之增大。芯片面積的增大也帶來(lái)一系列新的問(wèn)題。如大芯片封裝技術(shù)、成品率以及由于每個(gè)大圓片所含芯片數(shù)減少而引起的生產(chǎn)效率降低等。但后一問(wèn)題可通過(guò)增大晶片直徑來(lái)解決。5.封裝(Package)

IC的封裝最初采用插孔封裝THP(through-holepackage)形式。為適應(yīng)電子設(shè)備高密度組裝的要求，表面安裝封裝(SMP)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。在電子設(shè)備中使用SMP的優(yōu)點(diǎn)是能節(jié)省空間、改進(jìn)性能和降低成本，因SMP不僅體積小而且可安裝在印制電路板的兩面，使電路板的費(fèi)用降低60％，并使性能得到改進(jìn)。<<返回12/24/202226設(shè)計(jì)芯片檢測(cè)單晶、外延材料掩膜版芯片制造過(guò)程封裝測(cè)試系統(tǒng)需求§1.4集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程

框架12/24/202227ProductionProcessFlow晶圓片多探針測(cè)試，壞的芯片打標(biāo)記IC制造有以下5個(gè)過(guò)程硅晶圓片晶圓處理制程打字、最后測(cè)試封裝布滿芯片的硅晶圓片

12/24/202228集成電路的設(shè)計(jì)過(guò)程：設(shè)計(jì)創(chuàng)意+仿真驗(yàn)證集成電路芯片設(shè)計(jì)過(guò)程框架是功能要求行為設(shè)計(jì)（VHDL）行為仿真綜合、優(yōu)化——網(wǎng)表時(shí)序仿真布局布線——版圖后仿真否是否否是Singoff12/24/202229

硅單晶片與加工好的硅片12/24/202230集成電路芯片的顯微照片（4×4mm）12/24/20223164MSDRAM（華虹NEC生產(chǎn)）芯片面積5.89×9.7=57mm2，1個(gè)IC中含有1.34億只晶體管12/24/202232集成電路的內(nèi)部單元12/24/202233封裝好的集成電路<<返回12/24/202234§1.5集成電路的發(fā)展歷史1.晶體管的發(fā)明1946年1月，Bell實(shí)驗(yàn)室正式成立半導(dǎo)體研究小組,W.Schokley肖克萊，J.Bardeen巴丁、W.H.Brattain布拉頓。Bardeen提出了表面態(tài)理論，Schokley給出了實(shí)現(xiàn)放大器的基本設(shè)想，Brattain設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。1947年12月23日，第一次觀測(cè)到了具有放大作用的晶體管12/24/202235肖克萊(WilliamShockley)巴丁(JohnBardeen)布拉頓(WalterBrattain)12/24/202236二戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，諸多半導(dǎo)體方面的研究成果為晶體管的發(fā)明作好了理論及實(shí)踐上的準(zhǔn)備。1946年1月，依據(jù)戰(zhàn)略發(fā)展思想，Bell實(shí)驗(yàn)室成立了固體物理研究組及冶金組，開(kāi)展固體物理方面的研究工作。在系統(tǒng)的研究過(guò)程中，肖克萊根據(jù)肖特基的整流理論，預(yù)言通過(guò)“場(chǎng)效應(yīng)”原理，可以實(shí)現(xiàn)放大器，然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言相差很多。經(jīng)過(guò)周密的分析，巴丁提出表面態(tài)理論，開(kāi)辟了新的研究思路，兼之對(duì)電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不斷探索，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，于1947年12月實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到點(diǎn)接觸型晶體管放大現(xiàn)象。第二年1月肖克萊提出結(jié)型晶體管理論，并于1952年制備出結(jié)型鍺晶體管，從此拉開(kāi)了人類社會(huì)步入電子時(shí)代的序幕。12/24/2022371956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)加利福尼亞州景山（MountainView）貝克曼儀器公司半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室的肖克萊（WilliamShockley，1910—1989）、美國(guó)伊利諾斯州烏爾班那伊利諾斯大學(xué)的巴?。↗ohnBardeen，1908—1991）和美國(guó)紐約州繆勒海爾（MurrayHill）貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的布拉頓（WalterBrattain，1902—1987），以表彰他們?cè)?947年12月23日發(fā)明第一個(gè)對(duì)半導(dǎo)體的研究和NPN點(diǎn)接觸式Ge晶體管效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。12/24/202238世界上第一個(gè)Ge點(diǎn)接觸型PNP晶體管蒸金箔塑料楔金屬基極鍺發(fā)射極集電極0.005cm的間距12/24/2022392.集成電路的發(fā)明

1952年5月，英國(guó)科學(xué)家G.W.A.Dummer達(dá)默第一次提出了集成電路的設(shè)想。1958年以德克薩斯儀器公司的科學(xué)家基爾比(ClairKilby)為首的研究小組研制出了世界上第一塊集成電路，并于1959年公布了該結(jié)果12/24/2022401958年第一塊集成電路：TI公司的Kilby，12個(gè)器件，Ge晶片獲得2000年Nobel物理獎(jiǎng)12/24/2022411958年發(fā)明第一塊簡(jiǎn)單IC的美國(guó)TI公司JackS.Kilby杰克·基爾比、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的赫伯特·克勒默和俄羅斯圣彼得堡約飛物理技術(shù)學(xué)院的澤羅斯·阿爾費(fèi)羅夫一起獲得2000年Nobel物理獎(jiǎng)，以表彰他們?yōu)楝F(xiàn)代信息技術(shù)的所作出的基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)，特別是他們發(fā)明的IC、激光二極管和異質(zhì)晶體管。赫伯特·克勒默杰克·基爾比澤羅斯·阿爾費(fèi)羅夫12/24/202242青年基爾比第一塊集成電路集成電路草圖1958年9月12日，TI公司的JackS.Kilby在德州儀器半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室展示了一個(gè)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的設(shè)備。第一次將所有有源和無(wú)源元器件都集合到只有一個(gè)曲別針大?。ú蛔?/2英寸見(jiàn)方）的半導(dǎo)體材料上。這塊集成電路共集成了十二個(gè)元件（兩個(gè)晶體管、兩個(gè)電容和八個(gè)電阻）。Kilby本人也因此與赫伯特·克勒默和俄羅斯的澤羅斯·阿爾費(fèi)羅夫一起榮獲2000年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。Ge襯底上的混合集成電路，美國(guó)專利號(hào)313874312/24/2022431959年美國(guó)仙童/飛兆公司（Fairchilds

）的R.Noicy諾依斯開(kāi)發(fā)出用于IC的Si平面工藝技術(shù)，從而推動(dòng)了IC制造業(yè)的大發(fā)展。1959年仙童公司制造的IC年輕時(shí)代的諾伊斯12/24/20224460年代TTL、ECL出現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用。1966年MOSLSI發(fā)明（集成度高，功耗低）70年代MOSLSI得到大發(fā)展（出現(xiàn)集成化微處理器，存儲(chǔ)器）VLSI，典型產(chǎn)品64KDRAM，16位MPU80年代VLSI出現(xiàn)，使IC進(jìn)入了嶄新的階段（其標(biāo)志為特征尺寸小于2m，集成度105

個(gè)元件/片）典型產(chǎn)品4MDRAM(集成度8?106，芯片面積91mm2，特征尺寸0.8μm，晶片直徑150mm)，于89年開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)，95年達(dá)到生產(chǎn)頂峰。3.集成電路發(fā)展簡(jiǎn)史

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90年代ASIC、ULSI和巨大規(guī)模集成GSI等代表更高技術(shù)水平的IC不斷涌現(xiàn)，并成為IC應(yīng)用的主流產(chǎn)品。1GDRAM(集成度2.2?109，芯片面積700mm2，特征尺寸0.18μm，晶片直徑200mm)，2000年開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)，2004年達(dá)到生產(chǎn)頂峰。集成電路的規(guī)模不斷提高，CPU(P4)己超過(guò)4000萬(wàn)晶體管，DRAM已達(dá)Gb規(guī)模。集成電路的速度不斷提高，采用0.13μmCMOS工藝實(shí)現(xiàn)的CPU主時(shí)鐘已超過(guò)2GHz，實(shí)現(xiàn)的超高速數(shù)字電路速率已超過(guò)10Gb/s，射頻電路的最高工作頻率已超過(guò)6GHz。

12/24/20224621世紀(jì)

集成電路復(fù)雜度不斷增加，系統(tǒng)芯片或稱芯片系統(tǒng)SoC(System-on-Chip)成為開(kāi)發(fā)目標(biāo)、納米器件與電路等領(lǐng)域的研究已展開(kāi)。英特爾曾于2003年11月底展示了首個(gè)能工作的65納米制程的硅片，Intel2004年8月宣布，他們已經(jīng)采用65納米，生產(chǎn)出了70Mbit的SRAM。并計(jì)劃于2005年正式進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。使用65納米制程生產(chǎn)的芯片中門電路的數(shù)目是90納米制程的1/3。SRAM（靜態(tài)存儲(chǔ)器）將用于高速的存儲(chǔ)設(shè)備，處理器中非常重要的緩存就是采用SRAM。<<返回12/24/2022471.摩爾定律定義：集成電路中的晶體管數(shù)目（也就是集成度）大約每18個(gè)月翻一番?！?.6集成電路的發(fā)展規(guī)律Moore’sLaw：Thenumberoftransistorsperintegratedcircuitwoulddoubleevery18month.12/24/202248摩爾分析了集成電路迅速發(fā)展的原因，他指出集成度的提高主要是三方面的貢獻(xiàn)： –特征尺寸不斷縮小，大約每3年縮小1.41倍； –芯片面積不斷增大，大約每3年增大1.5倍； –器件和電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。1959~1975年IC集成度提高64K倍器件尺寸縮小使IC集成度增長(zhǎng)32倍芯片面積增大使IC集成度增長(zhǎng)20倍器件和電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使IC集成度增長(zhǎng)100倍12/24/202249摩爾定律的驗(yàn)證12/24/202250摩爾定律的前景摩爾定律問(wèn)世40年了。人們不無(wú)驚奇地看到半導(dǎo)體芯片制造工藝水平以一種令人目眩的速度提高。目前，Intel的微處理器芯片Pentium4的主頻已高達(dá)2G（即12000M），2011年則要推出含有10億個(gè)晶體管、每秒可執(zhí)行1千億條指令的芯片。人們不禁要問(wèn)：這種令人難以置信的發(fā)展速度會(huì)無(wú)止境地持續(xù)下去嗎？不需要復(fù)雜的邏輯推理就可以知道：芯片上元件的幾何尺寸總不可能無(wú)限制地縮小下去，這就意味著，總有一天，芯片單位面積上可集成的元件數(shù)量會(huì)達(dá)到極限。問(wèn)題只是這一極限是多少，以及何時(shí)達(dá)到這一極限。業(yè)界已有專家預(yù)計(jì)，芯片性能的增長(zhǎng)速度將在今后幾年趨緩。一般認(rèn)為，摩爾定律能再適用10年左右。其制約的因素一是技術(shù)，二是經(jīng)濟(jì)。<<返回12/24/2022512.指導(dǎo)集成電路發(fā)展的等比例縮小定律什么是Scaling-down，它對(duì)集成電路的發(fā)展有什么重要作用？

Scaling-down是指集成電路中的器件尺寸等比例縮小，為了保證器件性能不變差，襯底摻雜濃度要相應(yīng)增大。通過(guò)Scaling-down使集成電路的集成度不斷提高，電路速度也不斷提高，因此Scaling-down是推動(dòng)集成電路發(fā)展的重要理論。12/24/202252按比例縮小理論為了跟上摩爾定律，器件尺寸需要不斷縮小，而短溝效應(yīng)等二級(jí)效應(yīng)會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)，為了抑制二級(jí)效應(yīng)，在器件按比例縮小過(guò)程中需要遵守一定的規(guī)則:恒定電場(chǎng)（CE）等比例縮小定律恒定電壓（CV）等比例縮小定律準(zhǔn)恒定電場(chǎng)（QCE）等比例縮小定律12/24/202253CE等比例縮小定律出發(fā)點(diǎn)：如果在縮小尺寸的過(guò)程中能夠保證器件內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度不變，則器件性能就不會(huì)退化。要求：所有幾何尺寸，包括橫向和縱向尺寸，都縮小k倍；襯底摻雜濃度增大k倍；電源電壓下降k倍。影響：

–集成度k2倍增長(zhǎng)

–電路的速度增大k倍

–功耗降低了k2倍獲得了異常優(yōu)秀的結(jié)果，但是要求電源電壓和器件尺寸以相同的比例縮小給電路的使用帶來(lái)不便。12/24/202254CV等比例縮小定律要求：所有幾何尺寸都縮小k倍；電源電壓保持不變；襯底摻雜濃度增大k2倍。影響：

–集成度增大k2倍

–電路的速度提高k2倍

–功耗k倍增大，功耗密度k3倍增加產(chǎn)生的問(wèn)題：

–功耗及功耗密度增長(zhǎng)很快

–強(qiáng)電場(chǎng)引起的載流子漂移速度飽和限制了器件驅(qū)動(dòng)電流的增加，影響了等比例縮小帶來(lái)的電路性能改善12/24/202255QCE等比例縮小定律要求：

-器件尺寸k倍縮小，

-電源電壓α/k倍（1<α<k）變化，

-襯底摻雜濃度增大αk倍耗盡層寬度和器件尺寸一樣縮小，同時(shí)維持器件內(nèi)部電場(chǎng)分布不變，但是電場(chǎng)強(qiáng)度增大α倍12/24/202256§1.7未來(lái)的發(fā)展和挑戰(zhàn)21世紀(jì)硅微電子芯片將沿著以下四個(gè)方向發(fā)展：1、繼續(xù)沿著Moore定律前進(jìn)；2、片上系統(tǒng)（SOC）；3、靈巧芯片，或賦予芯片更多的靈氣；4、硅基的量子器件和納米器件。1、特征尺寸繼續(xù)等比例縮小，沿著Moore定律繼續(xù)高速發(fā)展所謂Moore定律是在1965年由INTEL公司Gordon.Moore提出的，其內(nèi)容是硅集成電路按照4年（后來(lái)發(fā)展到3~4年）為一代、每代的芯片集成度要翻兩番、工藝線寬約縮小30%、IC工作速度提高1.5倍等發(fā)展規(guī)律發(fā)展。12/24/202257

沿著Moore定律發(fā)展,必然會(huì)提出微電子加工尺度和器件尺度的縮小有無(wú)極限的問(wèn)題.對(duì)于加工技術(shù)極限,主要是光刻精度，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，體現(xiàn)為EUV（特短紫外光）的發(fā)展和電子束投影曝技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在看來(lái)，這一極限在近期內(nèi)將不會(huì)影響芯片的進(jìn)步。另一方面，來(lái)自器件結(jié)構(gòu)（MOS）晶體管的某些物理本質(zhì)上的限制，如量子力學(xué)測(cè)不準(zhǔn)原理和統(tǒng)計(jì)力學(xué)熱漲落等，可能會(huì)使MOSFET縮小到一定程度后不能再正常工作，這就有可能改變今日硅芯片以CMOS為基礎(chǔ)的局面。

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為了突破MOS器件的物理極限，發(fā)展下一代微電子芯片，科技界正在研究各種可能的新一代微電子器件，包括：?jiǎn)坞娮泳w管、量子隧道器件、分子器件（或統(tǒng)稱納電子學(xué)）、厚膜器件和功能器件等等。如果它們中有所突破，那么只要信息化社會(huì)發(fā)展有需要，微電子芯片仍將沿著Moore定律發(fā)展。

12/24/2022592、片上芯片（SOC）：微電子由集成電路（IC）向集成系統(tǒng)（IS）發(fā)展

片上芯片（SystemOnaChip）的概念是20世紀(jì)90年代提出來(lái)的，它的目標(biāo)是為了克服多芯片集成系統(tǒng)所產(chǎn)生的一些困難，通過(guò)提高芯片集成的系統(tǒng)功能以獲得更高的系統(tǒng)性能。例如，現(xiàn)在的CPU芯片已可做到延時(shí)小于幾十ps皮秒的工作速度，可是如果存儲(chǔ)器芯片仍是分離于CPU，則由于存取時(shí)間及訪址延時(shí)等限制，這一高速度在計(jì)算系統(tǒng)中根本就不能發(fā)揮出來(lái)。這就要求把它們有機(jī)地集成到一個(gè)芯片上去。又如，即便使用光束傳輸信號(hào)，其延時(shí)也有3.3皮秒/毫米。所以把高速傳輸?shù)男盘?hào)引出芯片，通過(guò)PCB來(lái)將多芯片集成系統(tǒng)的方法顯然已不可行。12/24/202260

實(shí)際上，即使是封裝與芯片壓焊塊間的連線，由于寄生效應(yīng)，今后在高速芯片中也要被取消。而采用所謂芯片尺寸封裝（CSP），即封裝的大小與芯片大小相一致而直接采用倒裝焊，顯然也會(huì)大大限制引出線的數(shù)目。實(shí)際上也只有把更多功能集成到一個(gè)芯片上才能解決今后的管腳數(shù)“爆炸”、測(cè)試?yán)щy和成本高等一系列問(wèn)題。由此可見(jiàn)，SOC是微電子芯片進(jìn)一步發(fā)展的必然方向。90年代以來(lái)，SOC已成為微電子芯片技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，現(xiàn)在其市場(chǎng)占IC總市場(chǎng)份額的10%以上，預(yù)估，21世紀(jì)初期可達(dá)50%以上?，F(xiàn)在的SOC發(fā)展還在初級(jí)階段，需解決一系列工藝（如DRAM、Flash與Logic技術(shù)的兼容）、設(shè)計(jì)（如IP模塊—智權(quán)模塊，又稱IP核Intellectual-PropertyCore）技術(shù)和設(shè)計(jì)方法、測(cè)試策略及可測(cè)試性等技術(shù)課題。12/24/202261

現(xiàn)在的SOC芯片有三種主要類型，一種是以MPU為核心，集成各種存儲(chǔ)器、控制電路、時(shí)鐘電路，乃至I/O和A/D、D/A功能于一個(gè)芯片上；另一種是以DSP為核心，多功能集成為SOC；再一種則是上兩種的混合或者把系統(tǒng)算法與芯片結(jié)構(gòu)有機(jī)地集成為SOC。它們?cè)贗P利用率、通用性、芯片利用率、性能以及設(shè)計(jì)周期等方面各具優(yōu)缺點(diǎn)，因此當(dāng)前兼容共存。

12/24/2022623、賦予微電子芯片更多的“靈氣”微機(jī)械電子系統(tǒng)（MEMS）和微光電機(jī)系統(tǒng)（MOEMS），生物芯片（biochip）等是20世紀(jì)90年代初快速熱起來(lái)的新技術(shù)，被稱為硅半導(dǎo)體技術(shù)或微電子技術(shù)的又一次革命。它的核心是把電子信息系統(tǒng)中的信息獲取、信息執(zhí)行與當(dāng)前信息處理等主要功能集成于一個(gè)芯片上（它們?cè)诋?dāng)前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中是分立的）。12/24/202263

從機(jī)械、光學(xué)、化學(xué)和生物等機(jī)、器件或系統(tǒng)來(lái)看，除了微型化以外，它還賦予這些器件和系統(tǒng)以一定的處理智能。從電子信息系統(tǒng)芯片看，這一技術(shù)等于把原來(lái)的電腦芯片集成了五官和四肢，并使之成為一個(gè)有機(jī)體，所以說(shuō)這使芯片增加了“靈氣”。硅MEMS（包括光機(jī)電、生物機(jī)電、化學(xué)機(jī)電與系統(tǒng)）發(fā)展的根據(jù)是：硅不僅是很優(yōu)秀的電子材料，而且，作為半導(dǎo)體，它也是對(duì)各種環(huán)境能作出靈敏反應(yīng)的很好的傳感器材料，它的屈服強(qiáng)度、楊氏模量、熱膨脹性能等均不亞于不銹鋼。因此，它還是很好的機(jī)械材料。

12/24/202264在微電子工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在，把整個(gè)MEMS系統(tǒng)集成于一個(gè)芯片上的“靈巧”芯片技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，MEMS各類器件和系統(tǒng)的年產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到以百億美元計(jì)的水平。在實(shí)驗(yàn)室中或小批研制中已出現(xiàn)了如微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)室芯片、微光學(xué)平臺(tái)芯片，乃至包括DNA芯片在內(nèi)的各種生物芯片等等。這些芯片不僅由于其“微”（體積小），更因其反應(yīng)速度快，能耗和材料消耗少，以及更符合環(huán)保條件等而備受注視。各種靈巧芯片無(wú)疑在21世紀(jì)將大展威力，成為促進(jìn)信息社會(huì)迅速發(fā)展的又一技術(shù)支柱。如果在過(guò)去40年人們可以用制作的工藝尺寸（如用多少微米或亞微米技術(shù)）的精細(xì)度來(lái)標(biāo)志微電子芯片的水平，那么在今后的40年里，人們更需用芯片具有多大“靈氣”來(lái)描述其先進(jìn)性了。12/24/2022654、硅基的量子器件和納米器件前者理論是清楚的，但從器件發(fā)展到電路，所需的技術(shù)仍處于發(fā)展之中，要進(jìn)入到比較普遍的應(yīng)用估計(jì)仍需一二十年的時(shí)間。至于納米器件，目前多以原子和分子自組裝技術(shù)與微電子超深亞微米加工技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行，特別是近年來(lái)碳納米管的發(fā)展令人注目，在速度、集成度、特別是功耗方面都將有重大突破，但離開(kāi)實(shí)際應(yīng)用可能比硅基量子器件要更遠(yuǎn)一些。原文見(jiàn)王陽(yáng)元院士在“納米CMOS器件”書中寫的序（2004年1月科學(xué)出版社出版）。12/24/202266§1.8我國(guó)微電子的發(fā)展概況

1.我國(guó)微電子學(xué)的歷史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、謝希德（女）、高鼎三、林蘭英（女）；學(xué)生：王陽(yáng)元、許居衍、陳星弼、秦國(guó)剛…2003年9月成立9個(gè)國(guó)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12/24/202267人才培養(yǎng):北大，清華，復(fù)旦大學(xué)，浙江大學(xué)，西安交通大學(xué)，上海交通大學(xué)，華中科技大，電子科技大，西安電子科技大,華南理工大學(xué),哈爾濱工業(yè)大學(xué),西北工業(yè)大學(xué),上海同濟(jì)大學(xué),北京航空航天大學(xué),東南大學(xué)。15個(gè)IC人才培養(yǎng)基地PekingUniversity12/24/2022681982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)、封裝與測(cè)試業(yè)到2001年12月29日深圳獲批為止，科技部依次批準(zhǔn)了上海、西安、無(wú)錫、北京、成都、杭州、深圳共7個(gè)國(guó)家級(jí)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地。除了這7個(gè)城市外，據(jù)悉還有武漢、長(zhǎng)沙、哈爾濱、珠海等多個(gè)城市申請(qǐng)，但未獲批準(zhǔn)。12/24/202269

集成電路產(chǎn)業(yè)由集成電路設(shè)計(jì)、芯片加工、封裝與測(cè)試三大部分組成。

隨著IC設(shè)計(jì)的重要性的凸顯及我國(guó)IC設(shè)計(jì)大環(huán)境的改善，IC設(shè)計(jì)企業(yè)規(guī)模小、水平較低等，日益成為困擾我國(guó)IC業(yè)發(fā)展的難題，其中，IC高級(jí)設(shè)計(jì)人才的匱乏成為尚處于起步階段的我國(guó)集成的最突出的難題。雖然我國(guó)每年約有300萬(wàn)理工科大學(xué)生畢業(yè)以及數(shù)千名從海外回國(guó)的技術(shù)人員，但其中真正與IC設(shè)計(jì)相關(guān)的專業(yè)人才卻非常有限。我國(guó)是一個(gè)集成電路（IC）的“消費(fèi)大國(guó)”，但同時(shí)又是一個(gè)

IC的“生產(chǎn)小國(guó)”。12/24/202270北京上海無(wú)錫杭州深圳西安成都全國(guó)共有7個(gè)IC產(chǎn)業(yè)化基地設(shè)計(jì)業(yè)已經(jīng)有典型產(chǎn)品出現(xiàn)：嵌入式CPU:方舟,龍芯.GPU:中星微(世界市場(chǎng)份額40%)IC卡:華大,清華同方,大唐等.國(guó)內(nèi)市場(chǎng)10億件…12/24/202271我國(guó)國(guó)產(chǎn)IC約占世界半導(dǎo)體銷售額的1％，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)滿足率不到20％。要發(fā)展我國(guó)的

IC產(chǎn)業(yè)，IC設(shè)計(jì)是當(dāng)務(wù)之急，而核心技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴的是高水平

IC設(shè)計(jì)人才。前些年我國(guó)的電子產(chǎn)品雖然發(fā)展很快，但幾乎所有國(guó)產(chǎn)大型家用電器的關(guān)鍵芯片、國(guó)產(chǎn)手機(jī)的核心芯片、國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)的主要芯片，大都不是國(guó)產(chǎn)的，不是我國(guó)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的。其中的原因是，在集成電路（IC）領(lǐng)域里最能體現(xiàn)核心競(jìng)爭(zhēng)力的我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)，其發(fā)展正在為人才所困。

12/24/202272據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，根據(jù)全國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)在2002年10月的統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)從事集成電路設(shè)計(jì)的公司（或組織）約390家，2002年底己超過(guò)400家，目前己達(dá)600家。而在2000年底這一數(shù)字僅為100家左右。但是相對(duì)雨后春筍般誕生的設(shè)計(jì)公司，設(shè)計(jì)人才特別是高級(jí)人才的極度匱乏成為日益突出的大問(wèn)題：一些新開(kāi)辦的設(shè)計(jì)單位，公司注冊(cè)了、牌子也掛了，卻到處找不到高水平的設(shè)計(jì)師，虛位以待的情況比比皆是。更糟糕的是由于設(shè)計(jì)師的緊缺，導(dǎo)致了各用人單位之間對(duì)這類人才的惡性爭(zhēng)奪。

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集成電路設(shè)計(jì)是資金密集型、技術(shù)密集型和智力密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，其中資金和技術(shù)均可以通過(guò)一些方式全面引進(jìn)，但I(xiàn)C設(shè)計(jì)人才必須以自己培養(yǎng)為主，這已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。賽迪顧問(wèn)認(rèn)為，隨著IC設(shè)計(jì)人才供需矛盾的日益突出，應(yīng)采用各種手段大力鼓勵(lì)不同途徑的IC設(shè)計(jì)教育和培訓(xùn)，除高等院校的正規(guī)教育外，國(guó)家應(yīng)尤其鼓勵(lì)工業(yè)界和科研界聯(lián)合運(yùn)作教育和培訓(xùn)項(xiàng)目。借助政府、高校、EDA廠商、IC設(shè)計(jì)企業(yè)以及整機(jī)企業(yè)等各方面力量，合作、交流、培訓(xùn)等多種方式相結(jié)合，為我國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)培養(yǎng)不同層次的IC人才，是集成電路的發(fā)展至關(guān)重要的智力資源保障。12/24/202274最近幾年，很多國(guó)外公司和臺(tái)灣公司把生產(chǎn)線建到了上海。隨著我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，由國(guó)家支持成立了以北京、上海為龍頭的7個(gè)國(guó)家級(jí)產(chǎn)業(yè)化基地，各地也出現(xiàn)了一大批集成電路企業(yè)，其中約600家是集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)。據(jù)2001年12月上海半導(dǎo)體和IC研討會(huì)發(fā)布的消息，到2008年，中國(guó)IC產(chǎn)業(yè)對(duì)IC設(shè)計(jì)工程師的需求量將達(dá)到25萬(wàn)人，而目前只有不到4000名。IC設(shè)計(jì)是新興學(xué)科，現(xiàn)在高校里，和IC最相近的專業(yè)是微電子。12/24/202275在短短的半年多時(shí)間里，上海中芯國(guó)際、上海宏力微電子、北京首鋼、北京信創(chuàng)、天津摩托羅拉等一批中高水平的集成電路生產(chǎn)線相繼開(kāi)工建設(shè)或即將建設(shè)，形成了我國(guó)有史以來(lái)最大的一次建設(shè)集成電路生產(chǎn)線的高潮。上海還定出了宏偉的發(fā)展目標(biāo)：建成以張江高科技園區(qū)為核心，以金橋出口加工區(qū)和外高橋保稅區(qū)為延伸的微電子產(chǎn)業(yè)基地，計(jì)劃"十五"期間吸引集成電路產(chǎn)業(yè)投資150億美元，建成并投產(chǎn)10～15條8～12英寸集成電路生產(chǎn)線及配套封裝、測(cè)試線和設(shè)計(jì)公司。12/24/202276北京立即跟進(jìn)，出臺(tái)了優(yōu)惠政策，為集成電路企業(yè)提供“七通一平”的土地，并優(yōu)選出八大處高科技園、北京林河工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)、北京經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)作為北方微電子生產(chǎn)建設(shè)基地。規(guī)劃到2005年以前，建設(shè)5～8條8英寸0.25微米以上水平的生產(chǎn)線，2005～2010年再建設(shè)10條更高水平的生產(chǎn)線。12/24/202277我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)現(xiàn)已形成了近百家的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其中具備一定設(shè)計(jì)規(guī)模的單位有20多家，留學(xué)海外，學(xué)有所成，回國(guó)創(chuàng)業(yè)的海外學(xué)子已成為CAD行業(yè)的一支重要力量。除獨(dú)資設(shè)計(jì)公司外，國(guó)有集成電路設(shè)計(jì)公司2000年的總銷售額超過(guò)了10億元，其中北京華大、北京大唐微電子、杭州士蘭公司和無(wú)錫矽科4家設(shè)計(jì)公司的銷售額超過(guò)了1億元。目前，國(guó)內(nèi)每年設(shè)計(jì)的集成電路品種超過(guò)300種，大部分設(shè)計(jì)公司的技術(shù)水平在0.8~1.5微米之間，最高設(shè)計(jì)水平可達(dá)0.13微米。,12/24/202278中國(guó)主要的高科技城市一直盯著集成電路(IC)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)。如果說(shuō)在2000年和2001年他們爭(zhēng)奪的是臺(tái)灣芯片加工服務(wù)廠(foundry)的8英寸芯片生產(chǎn)線西移項(xiàng)目的話(當(dāng)然，這種競(jìng)爭(zhēng)至今仍在繼續(xù))。那么從2001年下半年至今，他們爭(zhēng)奪的則是國(guó)家科技部的青睞--科技部手里捏著一頂名叫“國(guó)家級(jí)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地”的桂冠，誰(shuí)獲發(fā)一頂受益無(wú)窮。

12/24/202279目前，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)已具備了一定的發(fā)展基礎(chǔ)，初步形成了由8個(gè)芯片生產(chǎn)骨干企業(yè)，十幾家封裝廠、幾十家設(shè)計(jì)公司、若干個(gè)關(guān)鍵材料及專用設(shè)備儀器制造廠組成的產(chǎn)業(yè)群體，并初步形成了電路設(shè)計(jì)、芯片制造和電路封裝三業(yè)并舉的局面。12/24/202280

2.我國(guó)集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀

2002年中國(guó)信息技術(shù)趨勢(shì)大會(huì)上專家指出的IC技術(shù)是IT領(lǐng)域熱點(diǎn)技術(shù)之一；IC是整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。

目前我國(guó)的半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)分為三大類：IC設(shè)計(jì)公司（Fabless，無(wú)生產(chǎn)線）國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體芯片廠家的主流產(chǎn)品是5至6英寸硅片，大約占總量的三分之二強(qiáng)。隨著上海華虹NEC公司8英寸生產(chǎn)線的投產(chǎn)，6至8英寸硅片的需求量將上升。芯片加工廠（Foundry）我國(guó)集成電路芯片制造業(yè)現(xiàn)己相對(duì)集中,主要分布在上海、北京、江蘇、浙江等省市。后工序（測(cè)試、封裝、設(shè)備） 其中IC設(shè)計(jì)以人為主，腦力密集型，屬高回報(bào)產(chǎn)業(yè)。12/24/202281

3.我國(guó)集成電路生產(chǎn)能力方面： 93年生產(chǎn)的集成電路為1.78億塊，占世界總產(chǎn)量的0.4%，相當(dāng)于美國(guó)1969年的水平，日本1971年的水平。96年為7.09億塊，而1996年國(guó)內(nèi)集成電路市場(chǎng)總用量為67.8億塊,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率僅為10％。99年為23億塊,銷售額70多億元，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率不足20％，絕大部分依靠進(jìn)口。2000年需求量為180億塊，預(yù)計(jì)可生產(chǎn)32億塊?？傊?，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展水平還很低，與國(guó)外相比大約落后15年。但是，目前已具備0.25微米芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和0.18微米芯片規(guī)模生產(chǎn)能力，以“方舟”、“龍芯”為代表的高性能CPU芯片開(kāi)發(fā)成功，標(biāo)志著我國(guó)已掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展的部分重大核心技術(shù)。12/24/202282

中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展從產(chǎn)業(yè)熱土的長(zhǎng)江三角洲，到市場(chǎng)繁華的珠江三角洲，從長(zhǎng)于研發(fā)的北方，到人才集聚的西部，有人把這種產(chǎn)業(yè)布局，比喻是一只正在起飛的嬌燕。其中長(zhǎng)江三角洲是燕頭，京津環(huán)渤海灣地區(qū)和珠江三角洲是雙翅，而西部是燕尾。中國(guó)的IC產(chǎn)業(yè)正是以這種燕子陣形的區(qū)域格局向前推進(jìn)。4.我國(guó)微電子發(fā)展展望12/24/2022831)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)

以上海、江蘇、浙江為主的長(zhǎng)江三角洲，初步形成了開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測(cè)試及支撐業(yè)和服務(wù)在內(nèi)的完整的IC產(chǎn)業(yè)鏈。IC業(yè)界所期待的，關(guān)乎產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境的“聚集”效應(yīng)在這里顯現(xiàn)。并在整個(gè)中國(guó)IC產(chǎn)業(yè)格局中舉足輕重。

長(zhǎng)三角地區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚，這里有國(guó)家“908”、“909”主體工程，集中了集成電路芯片制造和封裝的骨干企業(yè)，杭州士蘭等一大批民營(yíng)IC企業(yè)在這里迅速成長(zhǎng)。國(guó)務(wù)院18號(hào)文件頒布后，這里更成為集成電路投資的熱土。中芯、宏力、和艦等紛紛在這里投資建芯片制造廠，英特爾等一大批國(guó)際知名大企業(yè)在這里新建或增資封裝廠；而科技部布點(diǎn)在這里三個(gè)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地。更是推動(dòng)著這里設(shè)計(jì)業(yè)的增長(zhǎng)，僅上海的IC設(shè)計(jì)企業(yè)就有85家之多。12/24/202284上海：制造、封裝業(yè)帶到“聚集”效應(yīng)

國(guó)務(wù)院18號(hào)文件出臺(tái)后，上海原有IC企業(yè)備受鼓舞，紛紛拋出新的投資計(jì)劃。根據(jù)上海集成電路行業(yè)協(xié)會(huì)（下簡(jiǎn)稱SICA）的統(tǒng)計(jì)，自2000年6月以來(lái)，上海已經(jīng)引進(jìn)IC產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略性布局投資60億美元；2001年上海地區(qū)的IC資本投資到12.62億美元，占到全國(guó)18億美元總投資的70%。

在晶圓制造業(yè)中，目前國(guó)內(nèi)規(guī)劃與在建的8英寸生產(chǎn)線中有50%以上落成戶上海，而且上海的晶圓制造項(xiàng)目在工藝水平和工程進(jìn)度上也處于全國(guó)“領(lǐng)跑”的地位。截止到2002年9月底，中芯國(guó)際一、二、三廠先后宣告投產(chǎn)，工藝水平達(dá)到0.18微米；另一個(gè)8英寸項(xiàng)目宏力半導(dǎo)體的建設(shè)也在按照時(shí)間表進(jìn)行，預(yù)計(jì)今年一季度末可以投產(chǎn)。同時(shí)，內(nèi)資企業(yè)中，華虹集團(tuán)麾下的華虹NEC、貝嶺、先進(jìn)三個(gè)8英寸項(xiàng)目也處于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型和建設(shè)之中，將在今年陸續(xù)進(jìn)入晶圓代工市場(chǎng)。而另一個(gè)有“標(biāo)志”意義的項(xiàng)目是，全球第一大代工廠商臺(tái)積電在上海松江“圈地”兩平方公司里，并即將動(dòng)土。

12/24/202285目前上海正在通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)（SICA）的工作，發(fā)揮其對(duì)IC業(yè)發(fā)展的牽引作用。今年以來(lái)，SICA開(kāi)始將加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)內(nèi)上下游企業(yè)間的互動(dòng)，以及建立IC企業(yè)與整機(jī)企業(yè)之間的溝通作為工作的重點(diǎn)，開(kāi)展了一系列座談、企業(yè)互訪、行業(yè)調(diào)查等活動(dòng)。

可以說(shuō)，上海IC業(yè)已經(jīng)聚焦了相當(dāng)多的優(yōu)勢(shì)資源，而這些“優(yōu)勢(shì)”，通過(guò)“實(shí)干”聯(lián)為一體，逐漸形成了互動(dòng)的態(tài)勢(shì)，使得上海IC業(yè)的發(fā)展無(wú)論從規(guī)模上還是從速度上都在全國(guó)處于領(lǐng)先的地位。12/24/202286江蘇：具備良好的IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)

江蘇省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)目前已經(jīng)形成了設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝、測(cè)試、配套材料完整的產(chǎn)業(yè)格局，有著良好的基礎(chǔ)，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中具有明顯的比較優(yōu)勢(shì)。以蘇州、無(wú)錫、昆山為主的產(chǎn)業(yè)分布充分發(fā)揮了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集，輻射和示范作用。并為進(jìn)一步參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，江蘇省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已具備了0.18微米設(shè)計(jì)技術(shù)的0.6微米的大生產(chǎn)技術(shù)和6英寸硅片月產(chǎn)1萬(wàn)片的生產(chǎn)能力，年產(chǎn)集成電路芯片2億塊、封裝集成電路15億塊，晶體管生產(chǎn)超過(guò)20億只，以及比較完整的材料及設(shè)備支撐配套體系。2001年集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到30億元，并成為我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)重要基地之一。12/24/202287浙江：找準(zhǔn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)特色定位

浙江省微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從“六五”期間起步。當(dāng)時(shí)，大功率管、塑封三極管等分立器件的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)是浙江省微電子產(chǎn)業(yè)的主要內(nèi)容。在“七五”和“八五”期，浙江省的微電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)入調(diào)整期，集成電路芯片業(yè)開(kāi)始起步。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，浙江省的微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局發(fā)生了重大變化，尤其是近兩年“天堂硅谷”戰(zhàn)略的實(shí)施，使全省掀起了新一輪發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的高潮。

目前，浙江省與集成電路有關(guān)的在建項(xiàng)目共41項(xiàng)，總投資81.3億元。12/24/2022882)京津環(huán)渤海灣地區(qū)以北京為中心，包括天津、河北、遼寧、山東組成的京津環(huán)渤海灣地區(qū)，與長(zhǎng)江三角洲的整體產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)相比，僅僅是一個(gè)地理上的概念。京津環(huán)渤海灣地區(qū)借助地理相近的特點(diǎn)，形成了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一區(qū)域優(yōu)勢(shì)。

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3)珠江三角洲地區(qū)

正在成為國(guó)內(nèi)乃至全球的電子制造業(yè)中心的珠江三角洲，在IC產(chǎn)業(yè)的幾個(gè)區(qū)域中，占盡市場(chǎng)之利。僅以深圳為例子，2001年深圳市直接使用的IC產(chǎn)品總價(jià)值超過(guò)25億美元，約占全國(guó)市場(chǎng)的15%，通過(guò)深圳市場(chǎng)流通到全國(guó)的IC產(chǎn)品達(dá)40億美元以上，約占全國(guó)的30%。

依托珠三角地區(qū)電子信息產(chǎn)業(yè)的巨大市場(chǎng)，珠三角的集成電路產(chǎn)業(yè)就有了騰飛的翅膀。在珠三角，以中興、華為、深圳國(guó)微、珠海炬力等單位為代表的IC設(shè)計(jì)業(yè)較為發(fā)達(dá)。有許多設(shè)計(jì)公司總部雖然不在深圳，但在深圳卻設(shè)有窗口，投資10億元瞄準(zhǔn)高端IC測(cè)試市場(chǎng)的廣州集成電路測(cè)試中心，正是看中了珠三角巨大的IC市場(chǎng)。

12/24/202290目前廣東省半導(dǎo)體主要廠家有：深圳賽意法微電子有限公司、珠海南科電子有限公司、廣東風(fēng)華高新科技集團(tuán)有限公司、澄海電子有限公司、新會(huì)市硅峰微電子科技有限公司、珠海華晶微電子有限公司、深圳科鵬微電子有限公司、佛山市半導(dǎo)體器件廠、佛山電子有限公司，深圳深愛(ài)半導(dǎo)體有限公司、汕頭華汕電子器件公司等。12/24/202291

4)西部地區(qū)

隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，以西安、成都、重慶為主的西部將不斷迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。西部有人才積淀和科研院所的集中優(yōu)勢(shì)，更有兩個(gè)國(guó)家集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地，目前西部地區(qū)的IC設(shè)計(jì)單位已經(jīng)發(fā)展到30余家并且還在快速增加，發(fā)展設(shè)計(jì)業(yè)將成為西部的首選。

西安：注重人才與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合

四川：完善產(chǎn)業(yè)鏈

重慶：建設(shè)西部模擬電路生產(chǎn)基地

12/24/202292中國(guó)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)分布圖12/24/202293上海IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)

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