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1中国北京2011年7月28日中芯国际集成电路制造有限公司吴汉明中国集成电路产业发展分析与展望2011年中国信息化进程报告会2提纲•产业背景•集成电路产业与全球经济景气的关联性•国内外集成电路产业发展情况•晶圆代工业•先进半导体技术发展对产业的影响•SiP与SOC系统整合•发展450mm晶圆厂面临挑战•绿色制造工艺技术•国家02重大专项情况介绍•装备,工艺,和材料.中芯承担项目•展望我国集成电路前景3集成电路制造业背景现状严峻•严重依赖进口。集成电路产品进口额每年近1500亿美圆。超过四项战略物资进口（铁矿、钢材、铜和粮食）、也大于石油+成品油等所有能源进口总和。•西方国家对我国集成电路实行限制长期以来，一直对我国实行严格的技术和设备出口限制政策直接导致中国从进口的集成电路技术落后其本土三代以上集成电路是信息产业中最核心、最基础的产业。产业水平是衡量一个国家综合国力的重要标志之一。442011-8-22集成电路软件集成电路和软件是信息产业的核心5-3.0%-2.0%-1.0%0.0%1.0%2.0%3.0%4.0%5.0%-40.0%-30.0%-20.0%-10.0%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%全球GDP成长1.7%2.5%3.3%4.6%3.9%4.0%3.9%3.0%-2.13.9%3.3%3.6%全球半导体成长-32.01.0%18.028.07.0%9.0%4.0%-5.3-10.531.54.6%1.8%中国半导体成长率1.1%42.530.955.228.243.324.3-0.4-1.028.412.07.5%2001200220032004200520062007200820092010（E）2011（F）2012(F)资料来源：世行数据，CSIA，本课题研究组整理，2011年3月全球GDP成长全球半导体成长中国半导体成长率中国和全球半导体产业与全球GDP成长率对照半导体产业发展的走势与全球经济的走势息息相关6EvolutionofaNewTechNode050100150200250012345678YearVolume0100020003000400050006000ASPFoundryVolCPUVol.FoundryASP我65/55nm状态我45/40nm目标我32/28nm计划IDM和Foundry技术发展模式差别7全球晶圆代工不同尺寸产能变化趋势Source：Gartner200mm以下产能已停止增长8全球晶圆代工产能变化预测Source：CLSA，2010今后三年32nm工艺占有产能比例将持续上升32nm992011-8-22高K材料(栅介质和存储介质)金属栅材料（包括Al，Ni，La系和稀土金属等体系)互连金属材料PCRAMRRAM各种过渡金属氧化物高K材料(栅介质和存储介质)高K材料(栅介质和存储介质)金属栅材料（包括Al，Ni，La系和稀土金属等体系)互连金属材料PCRAMRRAM各种过渡金属氧化物资料来源：KristinDeMeyer,J.P.Colinge2008IEDM,andKangJinFengIMEPKU集成电路材料技术对材料的依赖51147共63种元素材料10工艺节点某些特征工艺模块硅化物技术非经典CMOS和多栅/环形栅技术体硅CMOS技术高K-金属栅SOI/CMOS技术低K介质三维异质集成技术空气桥技术氮氧化物栅介质浸渍式(Immersion)纳米互连和接触技术EUV/EPL纳米印刷光刻技术高数值孔径的193nm光刻铜线互连技术BottomupScalingdownDFM技术(DesignforManufacturing)特低K介质E-CMP技术高迁移率应变硅技术自组装技术纳米管（碳纳米管）分子器件量子器件前段工艺技术后段工艺技术衬底技术国际：我国大陆：200520072009~2010200720092011~20122003年代资料来源：王阳元吴汉明私人通信叠加图形技术(Doublepatterning)2020s’2030s’11112011-8-22112011-8-22微镜阵列微麦克风微型压力传感器可调电容微流道微机械马达•所有开发的M/NEMS均为微功耗产品•驱动一个NEMS器件只需10-12w，比电子器件处理器低3-4个数量级•微麦克风功耗75μw•一般RF功耗为mw数量级，而RFMEMS功耗为μw数量级RFMEMS资料来源：王阳元主编，《绿色微纳电子学》低功耗集成电路M/NEMS技术12先进工艺技术发展路线图Source：ITRS，2009EUV光刻技术正在进入制造产业13EUV关键技术1.与450毫米硅片结合EUV+450mmwafer2.EUV光源材料MaterialsforgeneratingEUVlight3.反射面材料加工工艺技术Techniquestocreatereflectingsurfaces4.掩膜板的平整度控制Maskandwaferflatnesscontrol5.硅片静电卡盘技术Electrostaticchuckforwafers6.掩膜板在洁净车间里(外)的无污染移动Particle-freemaskhandling7.EUV光刻胶技术EUVprocessresist8.测量技术(平整度等)Metrology–flatness,temperature,etc.141.系统芯片(SystemonChip，SoC):批量生产成本低2.系统构装(SysteminPackaging，SiP):研发成本底系统芯片和系统构装Source︰Renesas；拓墣产业研究所整理，2009/04量小多样化市场等特质的产品发展出SiP模块的产品型式，例如GPS、DVB-H、WiMAX等15IC制造商认为:未来半导体产业要维持摩尔定律，就必须兴建450mm晶圆厂设备供货商却表示:因为研发成本太高，不想再开发支持下一代晶圆的机台设备供应商称300mm晶圆转进受益的只是芯片制造商，整个供应链还没有从上一次晶圆转进中收回研发成本。关于450mm（18英寸）晶圆对450mm两种截然不同的观点16发展450mm晶圆厂面临挑战300mm晶圆厂已经成为当今IC的主力生产线450mm晶圆厂的建设开始提上日程,切入时间两种看法有:2012年前后2020年以后每10～11年会发生一次晶圆尺寸的转移，200mm量产约在1990年，300mm在2001年左右450mm周期将长于企业和管理层的寿命ITRS2009路线图:2012～2014年为先导线（32-22nm技术）的引入2014-2016年为量产线（22-16nm技术）Intel、samsung、TSMCIC设备开发费用的飞涨,进度延缓10年以上对于整个半导体生态来说是低回报、高风险的投资晶圆尺寸增大是产业最大规模且最具破坏性的投资设备供应商17IntelSamsungTSMC2006成立450mm晶圆小组2007对450mm进行评估2008三家公司达成共识：2012年是产业进入450mm晶圆生产的合理时机2010宣布延迟450mm量产至2015年2013计划在美国俄亥俄州建设一间研究开发工厂D1X，兼容450mm晶圆2014计划新建设的Fab16开工，支持450mm设备，实际生产可能在2015～2016年2018正式的450mm晶圆厂出现Intel、Samsung、TSMC450mm晶圆厂进展Source：拓墣产业研究所整理，201118建设450mm工厂面临的三大挑战a.资金挑战盖1座450mm晶圆厂及其它相关制程技术，约160亿美元，约是300mm厂投资金额的3倍以上.b.技术挑战450mm晶圆厂主要关键技术挑战包含：量产450mm直径晶圆的挑战、新型制程设备、设备容量与功能、稳定的制程能力、质量的一致性等。c.封装与测试组件设计与功能复杂，需要更先进的测试及封装技术，所需的费用与时间大幅增加。因为IC朝向高速、多元化的复杂功能发展，测试与设备资本支出大幅提高。19关于450mm（18英寸）最新动态假如省29%制造成本.Qualcomm(22Bcash)愿意支持T18”厂投资设计公司驱动政策导向•EU-backed450mmfablineinEurope•TSMChasalwaysbuiltplantsinTaiwan,but450mmcouldbeexcepted.•Intel,withitsrecordoffollowingthegovernmentincentives2011SemiconWest显示设备厂商对450mm的兴趣.EvenTokyoElectron,whichusedtobestronglyagainstit,isreluctantlyconcedingitwillhappen设备制造商开始妥协20虽然450mm晶圆厂终究会来临，但目前来说，技术复杂，成本高企，半导体设备行业难以承受巨额开发费用，除三家领先企业Intel,Samsung,TSMC之外，其它晶圆生产厂商也多采观望态度。虽然业界猜测龙头企业企图借助450nm一家独大，但未必能和设备供应商之间取得利益一致。综合衡量中国集成电路发展水平在世界集成电路版图中的相对位置，以及国内半导体企业的资金力量和承受能力，目前似不宜在450nm晶圆厂的建设上冒然突进，此外，国际先进工艺技术授权和国外关键设备进口方面可能也存阻力。建议利用有限资金，开发先进工艺、提升已有300mm工厂的规模和效率，为国内设计公司服务，带动国内设备和材料产业，全面提升本土产业竞争力的现实意义。关于中国450mm思考21按照1997年的基准，关于温室气体（PFC,HFC,SF6)的排放量约为84.2MMTCE其中21%的排放量来源于集成电路制造产业。其中MMTCE(MillionMetricTonsofEquivalent)为百万公吨碳当量1997年预测如果没有环保性工艺出现:绿色制造工艺技术22Intel从2004年起到2010年要求在每个产品上减少30%温室气体排放TimHiggs,MichaelCullen,MarissaYao,ScottStewart,“DevelopinganoverallCO2footprintforsemiconductorproducts”,ISSST-2009.MMTCE先进工艺技术控制温室气体排放23200100后段铜互连刻蚀通孔刻蚀栅刻蚀浅槽隔离刻蚀gCO2E/Wafer每片硅片的PFC的排放量总和全氟碳化物（Per-fluorocarbon，PFC）技术1技术2技术3技术4技术5技术6不同介质刻蚀技术方案与每片硅片的PFC的派放量总和的关系90%后段工艺等离子体消除氟基气体有效24提纲•产业背景•集成电路产业与全球经济景气的关联性•国内外集成电路产业发展情况•晶圆代工业•先进半导体技术发展对产业的影响•SiP与SOC系统整合•发展450mm晶圆厂面临挑战•绿色制造工艺技术•国家02重大专项情况介绍•装备,工艺,和材料.中芯承担项目•展望我国集成电路前景25中芯国际承担国家科技重大专项02专项（上海北京）设备工艺材料01专项（工信部）芯片设计03专项（工信部）通讯技术04专项（工信部）数控机床05中芯国际（主承担）1.65nm产品工艺（合作单位：ICRD，清华，浙大）2.45nmSOC产品工艺（合作单位：ICRD,中科院微系统所，中科院微电子所，北大，复旦，清华，浙大等）3.32nm关键工艺（合作单位：中科院微电子所，北大，复旦，清华）4.设备和材料工艺验证（配合支持）5.配合01、03、04专项品种开发中芯国际（主承担）1.32m产品工艺（合作单位：北大，清华，浙大,中科院）十一’五十二’五26*Note:datapointsshowcommercialproductiondate0.00.010.11’2000’2005’2010’2015Micron(log)0.35µm0.15µm0.18µm0.18µm0.13µm90nmµmµmµmµm0.25µm65nm0.13µ