半導(dǎo)體集成電路_01緒論

1、2022-6-2712022-6-272集成電路的基本概念集成電路的基本概念過去、現(xiàn)狀、發(fā)展過去、現(xiàn)狀、發(fā)展國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀2022-6-273提綱一.一.集成電路的概念集成電路的概念二.二.集成電路的過去，現(xiàn)在和未來集成電路的過去，現(xiàn)在和未來三.三.我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀四.四.本課程主要內(nèi)容本課程主要內(nèi)容五.五.教材及主要參考資料教材及主要參考資料六.六.課程要求及考核方法課程要求及考核方法2022-6-274提綱-1一.一.集成電路的概念集成電路的概念 1.1.什么是集成電路？什么是集成電路？ 2.2.相關(guān)基本概念相關(guān)基本概念 3.3.集成電路的

2、分類集成電路的分類2022-6-2752022-6-276將電子元器件按照一定的要將電子元器件按照一定的要求連接起來求連接起來, ,完成一定的功能完成一定的功能將所有元器件和連線做在同將所有元器件和連線做在同一個基板上一個基板上, ,組成系統(tǒng)組成系統(tǒng)2022-6-2772022-6-278無處不在，徹底滲入并改變了人類生活無處不在，徹底滲入并改變了人類生活2022-6-279 形狀：形狀：一般為正方形或矩一般為正方形或矩形形 面積面積: : 幾平方毫米到幾百平方毫米。面積增大引起幾平方毫米到幾百平方毫米。面積增大引起功耗增大、封裝困難、成品率下降，成本提高，可通過功耗增大、封裝困難、成品率下降

3、，成本提高，可通過增大硅園片直徑來彌補。增大硅園片直徑來彌補。晶圓尺寸晶圓尺寸(Wafer Size)芯片尺寸芯片尺寸(Die Size)6英寸、英寸、8英寸、英寸、12英寸英寸幾平方毫米到幾百平方毫米幾平方毫米到幾百平方毫米2022-6-2710 集成度、規(guī)模：集成度、規(guī)模：每塊芯片包含的晶體管數(shù)目或等效邏輯門(2輸入的NAND)的數(shù)量1個2輸入的NAND=4個晶體管2022-6-2711 特征尺寸特征尺寸 集成電路器件中最細線條的寬度，對MOS器件常指柵極所決定的溝道幾何長度，是一條工藝線中能加工的最小尺寸。 反映了集成電路版圖圖形的精細程度，特征尺寸的減少主要取決于光刻技術(shù)的改進（光刻最

4、小特征尺寸與曝光所用波長）。2022-6-2712 按電路規(guī)模分類按電路規(guī)模分類 按導(dǎo)電載流子類型分按導(dǎo)電載流子類型分類類按電路處理信號方式分類按電路處理信號方式分類按實現(xiàn)方法分類按實現(xiàn)方法分類 按電路功能分類按電路功能分類 按設(shè)計方法分類按設(shè)計方法分類2022-6-2713u小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路 (Small Scale IC，SSI)u中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路 (Medium Scale IC，MSI)u大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 (Large Scale IC，LSI)u超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 (Very Large Scale IC，VLSI)u特大規(guī)模集成電路

5、特大規(guī)模集成電路 (Ultra Large Scale IC，ULSI)u巨大規(guī)模集成電路巨大規(guī)模集成電路 (Gigantic Scale IC，GSI）集成電路的分類集成電路的分類-1-1按電路規(guī)模分類按電路規(guī)模分類2022-6-2714劃分集成電路規(guī)模的標(biāo)準劃分集成電路規(guī)模的標(biāo)準 數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路 類類 別別 MOS IC 雙極雙極IC 模擬集成電路模擬集成電路 SSI 102 100 30 MSI 102103 100500 30100 LSI 103105 5002000 100300 VLSI 105107 2000 300 ULSI 107109 GSI 109 2022-

6、6-2715集成電路的分類集成電路的分類-2-2 按導(dǎo)電載流子類型分類（實現(xiàn)工藝）按導(dǎo)電載流子類型分類（實現(xiàn)工藝）電流電流IBJT型型Bipolar Junction Transistor電流電流IMOS型型MOS TransistorBi-CMOS2022-6-2716集成電路的分類集成電路的分類-3-3 按電路處理信號方式分類按電路處理信號方式分類數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路01模擬集成電路模擬集成電路數(shù)?；旌蠑?shù)模混合集成電路集成電路2022-6-2717由半導(dǎo)體集成電路，膜由半導(dǎo)體集成電路，膜集成電路和分離元件中集成電路和分離元件中至少兩種構(gòu)成的集成電路至少兩種構(gòu)成的集成電路半導(dǎo)體單晶為基片

7、，將半導(dǎo)體單晶為基片，將構(gòu)成電路的各元器件制構(gòu)成電路的各元器件制作于同一基片上，布線作于同一基片上，布線連接構(gòu)成的集成電路連接構(gòu)成的集成電路由金屬和金屬合金薄膜由金屬和金屬合金薄膜以及半導(dǎo)體薄膜制成元以及半導(dǎo)體薄膜制成元器件，布線連接構(gòu)成的器件，布線連接構(gòu)成的集成電路集成電路集成電路的分類集成電路的分類-4-42022-6-2718集成電路的分類集成電路的分類-5-5通用通用集成電路集成電路市場上能買到的具有市場上能買到的具有通用功能的集成電路通用功能的集成電路例如：74 系列4000系列 Memory芯片CPU 芯片等有些專用芯片又有許有些專用芯片又有許多系統(tǒng)銷售商在販賣多系統(tǒng)銷售商在販賣A

8、SSP例如：Modem DVD decoder VCD decoder針對某一電路系統(tǒng)的要針對某一電路系統(tǒng)的要求而專門設(shè)計制造的求而專門設(shè)計制造的;具具有特定電路功能有特定電路功能,通常市通常市場上買不到的場上買不到的ASIC玩具狗芯片；玩具狗芯片； 通信衛(wèi)星芯片通信衛(wèi)星芯片 計算機工作站計算機工作站CPU中存儲器與微中存儲器與微處理器間的接口芯片處理器間的接口芯片2022-6-2719ASIC(Application Specific Integrated Circuits)ASSP(Application-Specific Standard Products)2022-6-2720集成電路

9、的分類集成電路的分類-6-6按設(shè)計方法分類按設(shè)計方法分類l全定制（全定制（Full Custom）IC: 硅片沒有經(jīng)硅片沒有經(jīng)過加工，其各掩膜層都要按特定電路的要求進行專門設(shè)計過加工，其各掩膜層都要按特定電路的要求進行專門設(shè)計l半定制（Semi-Custom）IC: 全部邏輯全部邏輯單元是預(yù)先設(shè)計好的單元是預(yù)先設(shè)計好的,可以從單元庫中調(diào)用所需單元來掩可以從單元庫中調(diào)用所需單元來掩膜圖形（標(biāo)準單元方法和門陣列），可使用相應(yīng)的膜圖形（標(biāo)準單元方法和門陣列），可使用相應(yīng)的EDA軟軟件，自動布局布線。件，自動布局布線。l可編程（Programmable）IC:全部邏輯全部邏輯單元都已預(yù)先制成單元都已預(yù)

10、先制成,不需要任何掩膜不需要任何掩膜,利用開發(fā)工具對器件利用開發(fā)工具對器件進行編程進行編程,以實現(xiàn)特定的邏輯功能以實現(xiàn)特定的邏輯功能.分為可編程邏輯器件和分為可編程邏輯器件和現(xiàn)場可編程邏輯器件現(xiàn)場可編程邏輯器件2022-6-27212022-6-2722中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會秘書長徐小田中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會秘書長徐小田 集成電路是當(dāng)今世界高科集成電路是當(dāng)今世界高科技電子產(chǎn)品的技電子產(chǎn)品的心臟心臟和和靈魂靈魂，是國民經(jīng)濟信息化的重要是國民經(jīng)濟信息化的重要支柱支柱，也是國民經(jīng)濟自主，也是國民經(jīng)濟自主健康發(fā)展的健康發(fā)展的戰(zhàn)略性戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)性基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè) 2022-6-2723提綱-2二二. .

11、集成電路的過去、現(xiàn)在與未來集成電路的過去、現(xiàn)在與未來 2022-6-27242022-6-27252022-6-27262022-6-27272022-6-27282022-6-27292022-6-27302022-6-27312022-6-27322022-6-27338088Intel 3862022-6-2734Intel 486Pentium2022-6-27352022-6-27362022-6-27371965年英特爾公司主要創(chuàng)始人摩爾提出了“隨著芯片上電路的，元件必將，每個元件的將”，這個被稱為“摩爾定律”的預(yù)言成為了以后幾十年指導(dǎo)集成電路技術(shù)發(fā)展的最終法則。2022-6-27

12、38 年年份份特特征征參參數(shù)數(shù)19591970-19712000比比率率設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)則則 m2580.18140電電源源電電壓壓VDD(伏伏）551.53硅硅片片直直徑徑尺尺寸寸（mm）53030060集集成成度度62 1032 1093 108DRAM密密度度（bit)1K1G106微微處處理理器器時時鐘鐘頻頻率率(Hz)750K1G103平平均均晶晶體體管管價價格格$100.310-6107微電子技術(shù)的進步微電子技術(shù)的進步2022-6-2739 19621962年年Wanlass、C. T. SahCMOS技術(shù)現(xiàn)在集成電路產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)在集成電路產(chǎn)業(yè)中占業(yè)中占95%95%以上以上 1967196

13、7年年KahngKahng、S. Sze S. Sze 非揮發(fā)存儲器非揮發(fā)存儲器 19681968年年DennardDennard單晶體管單晶體管DRAMDRAM 19711971年年IntelIntel公司微處理器公司微處理器計算機的心臟計算機的心臟 目前全世界微機總量約目前全世界微機總量約6 6億臺，在美國每年由計算機完成的工作量超億臺，在美國每年由計算機完成的工作量超過過40004000億人年工作量。美國歐特泰克公司認為：微處理器、寬頻道億人年工作量。美國歐特泰克公司認為：微處理器、寬頻道連接和智能軟件將是連接和智能軟件將是2121世紀改變?nèi)祟惿鐣徒?jīng)濟的三大技術(shù)創(chuàng)新世紀改變?nèi)祟惿鐣徒?jīng)

14、濟的三大技術(shù)創(chuàng)新2022-6-2740摩爾定律開始受到挑戰(zhàn)、技術(shù)在未摩爾定律開始受到挑戰(zhàn)、技術(shù)在未來來10-15年仍可保持線性發(fā)展年仍可保持線性發(fā)展 90nm技術(shù)、技術(shù)、300mm硅片、銅互硅片、銅互連工藝、連工藝、SOC成為四大熱點成為四大熱點 2022-6-2741提綱-3三三. .集成電路在我國的現(xiàn)狀集成電路在我國的現(xiàn)狀 2022-6-2742中國中國集成集成電電路生路生產(chǎn)產(chǎn)量的量的推移推移1950195019781978199219922022-6-2743民用比率民用比率34！計算機用計算機用民用民用通訊設(shè)備通訊設(shè)備工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)2022-6-27441990年代年代中期中期技技術(shù)

15、術(shù)落后落后23代代! 1997年年90年代年代的芯片加工的芯片加工 2022-6-2745中共中央國務(wù)院關(guān)于鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策 國發(fā)國發(fā)200018號號財政部、國家稅務(wù)總局關(guān)于部分國內(nèi)設(shè)計國外流片加工的集成電路產(chǎn)品進口稅收政策通知 財稅財稅2002140號號2022-6-2746 世界世界IT的的不景氣與中國半不景氣與中國半導(dǎo)導(dǎo)體體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)中國中國ICIC市市場場的的変化変化2000120001中國中國ICIC市市場銷場銷售售額為額為104.6104.6億億美美元，與元，與20002000年相比看起來只是年相比看起來只是5.5%5.5%的的小幅增小幅增長長，但是，從中國以

16、外的市，但是，從中國以外的市場為場為負負2020的增的增長長來看，可以來看，可以說說中國中國維維持持了相了相對對的高增的高增長長！2022-6-2747 2000-2005年中國年中國集成集成電電路生路生產(chǎn)銷產(chǎn)銷售狀況售狀況2022-6-2748 2000-2005年中國年中國集成集成電電路出口情況路出口情況 項 目2000年2001年2002年2003年2004年2005年出口量（億個）40.433.0255.93110.98162.26216.09增長率(%)-3.48-18.2769.3898.4346.2133.18出口金額(億美元)19.7216.8922.4659.67105.23

17、137.54增長率(%)4.36-14.3432.98165.6976.3630.71 2000-2005年中國年中國集成集成電電路路進進口情況口情況 項 目2000年2001年2002年2003年2004年2005年進口量（億個）205.47200.56261.09469.15628.17753.7增長率(%)18.8-2.3930.1879.6933.920進口金額(億美元)95.2103.84140.37401.61600.78810.24增長率(%)26.359.0835.18186.149.5934.872022-6-27492005年中國IC市場一躍為世界第一！2022-6-275

18、0到200年年底將近770個公司設(shè)計00多家其他110家IC制造約50家封裝測試110家2022-6-275120002000、20052005中國中國ICIC設(shè)計、設(shè)計、制造制造、封裝封裝業(yè)業(yè)比例比例5.3%14.9%17.0%25.8%33.2%33.0%68.9%51.9%50.0%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%200020042005設(shè)計制造封裝測試2022-6-27522005中國中國IC設(shè)計、制造、封裝業(yè)比例設(shè)計、制造、封裝業(yè)比例2022-6-2753XIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY IC設(shè)計設(shè)計IC制造制造IC封裝封裝

19、測試測試消費類消費類珠海炬力珠海炬力杭州仕蘭杭州仕蘭微微北京希格瑪晶北京希格瑪晶華微華微深圳國微深圳國微（VCD,MCU,Audio ICVCD,MCU,Audio IC） 其他類其他類杭州有旺、紹興杭州有旺、紹興芯谷、無錫友達、芯谷、無錫友達、無錫矽科動力無錫矽科動力（電源（電源ICIC、功率、功率放大器）放大器）大陸大陸南通富士通、南通富士通、（DIP/TSOP/QFP/SiDIP/TSOP/QFP/SiP P）、長電科技）、長電科技（DIP/SO/QFP)DIP/SO/QFP)天天水華天水華天（BGA/FC/MCM)BGA/FC/MCM)上上海紀元海紀元無錫華潤矽科（數(shù)字無錫華潤矽科（數(shù)

20、字音視頻音視頻ICIC、通訊、通訊ICIC）北京海爾設(shè)計（數(shù)字北京海爾設(shè)計（數(shù)字電視、衛(wèi)星接受電視、衛(wèi)星接受ICIC）北京華虹設(shè)計（數(shù)字北京華虹設(shè)計（數(shù)字電視、數(shù)字投影議、電視、數(shù)字投影議、手機手機ICIC）網(wǎng)通類網(wǎng)通類深圳中興微（移深圳中興微（移動通訊芯片）、動通訊芯片）、晨訊（晨訊（3G3G芯片）芯片）大唐微電子大唐微電子（智能卡、（智能卡、WLAN)WLAN)ICIC卡類卡類北京中電華大北京中電華大北京清華同方北京清華同方（二代身份證（二代身份證芯片）上海華芯片）上海華虹、上海復(fù)旦虹、上海復(fù)旦（智能卡）（智能卡）電腦類電腦類北京中星微（手北京中星微（手機芯片）、機芯片）、PCPC攝攝影類

21、芯片）影類芯片）IDMIDM廠廠無錫華潤微、無錫華潤微、上海貝嶺、上海貝嶺、華越微電子華越微電子代工廠代工廠中芯、上海中芯、上海華虹華虹NECNEC、和、和艦、上海先艦、上海先進、上海宏進、上海宏力、華潤上力、華潤上華、上海新華、上海新進進首鋼日電首鋼日電臺灣臺灣日月光、矽品日月光、矽品外資外資FreescaleFreescale、威訊聯(lián)、威訊聯(lián)合、合、STST、IntelIntel、infineeninfineen、RenesesReneses、SamsungSamsung、AmkorAmkor2022-6-2754以上海為中心以上海為中心的長江三角洲的長江三角洲北京、天津北京、天津環(huán)環(huán)渤海

22、地渤海地區(qū)區(qū)以廣州以廣州為為中心中心的珠江三角洲的珠江三角洲中國西部 西部地區(qū)2022-6-27552022-6-2756現(xiàn)有現(xiàn)有IC生生產(chǎn)線產(chǎn)線2000200120022003200420052006中芯中芯宏力宏力和艦和艦華虹華虹NEC上海先進上海先進華潤上海華潤上海350nm250nm180nm130nm90nm250nm180nm350nm130nm180nm130nm250nm350nm180nm250nm350nm250nm350nm1500/1000/700nm350nm350nm/ “ “400600nm/ “ “國內(nèi)現(xiàn)有8英寸生產(chǎn)線10條6英寸生產(chǎn)線12條12英寸芯片生產(chǎn)線2

23、條5英寸生產(chǎn)線9條4英寸生產(chǎn)線14條共計共計47條條2022-6-2757中國集成中國集成電電路路產(chǎn)業(yè)發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征展特征產(chǎn)業(yè)規(guī)模產(chǎn)業(yè)規(guī)模增大增大電路設(shè)計業(yè)電路設(shè)計業(yè)發(fā)展迅猛發(fā)展迅猛2022-6-2758中國集成中國集成電電路路產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)存在的存在的問題問題1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模依然偏小產(chǎn)業(yè)規(guī)模依然偏小、市場份額偏低市場份額偏低2.依然存在巨大的需求與供給能力失配依然存在巨大的需求與供給能力失配3.自主創(chuàng)新能力不足自主創(chuàng)新能力不足4.集成電路的支撐產(chǎn)業(yè)滯后，如：設(shè)備、集成電路的支撐產(chǎn)業(yè)滯后，如：設(shè)備、材料等材料等5.人才缺乏人才缺乏2022-6-27592022-6-27602003年年6月月科技部七個國

24、家集積回路産業(yè)化基地設(shè)置科技部七個國家集積回路産業(yè)化基地設(shè)置北京、上海、杭州、無錫、西安、成都、深圳北京、上海、杭州、無錫、西安、成都、深圳2022-6-27612022-6-276220032003年年1010月，教育部、科技部聯(lián)合批準了月，教育部、科技部聯(lián)合批準了9 9所高校為所高校為首批國家集成電路人才培養(yǎng)的建設(shè)單位首批國家集成電路人才培養(yǎng)的建設(shè)單位清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、學(xué)、西安電子科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、電子科技大學(xué)、華中科技大學(xué)東南大學(xué)、電子科技大學(xué)、華中科技大學(xué)2022-6-2763集成

25、電路人才缺口巨大集成電路人才缺口巨大 如果集成電路設(shè)計業(yè)市場每年以平均如果集成電路設(shè)計業(yè)市場每年以平均6060以上的速以上的速度增長，度增長， 到到20102010年將達到約年將達到約10001000億元人民幣產(chǎn)值，億元人民幣產(chǎn)值，屆時將需要集成電路設(shè)計師屆時將需要集成電路設(shè)計師5 51010萬人，而目前我萬人，而目前我國僅有集成電路設(shè)計人員約國僅有集成電路設(shè)計人員約1000010000人，人才嚴重不人，人才嚴重不足成為我國集成電路設(shè)計業(yè)的最大瓶頸。集成電路足成為我國集成電路設(shè)計業(yè)的最大瓶頸。集成電路制造業(yè)人才缺乏同樣十分緊迫。制造業(yè)人才缺乏同樣十分緊迫。 2022-6-2764 我國集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)規(guī)模嚴重不足我國集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)規(guī)模嚴重不足 據(jù)統(tǒng)計，據(jù)統(tǒng)計，20042004年我國本科微電子學(xué)專業(yè)有年我國本科微電子學(xué)專業(yè)有3131個專業(yè)點，個專業(yè)點，20032003年畢年畢業(yè)本科生業(yè)本科生459459人，招生人，招生14311431人，在校生人，在校