2015-2018中国集成电路产业发展分析报告.pptx

中国集成电路产业发展分析报告,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,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,集成电路制造业背景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。现状严峻,4,2011-8-22,集成电路,软件,集成电路和软件是信息产业的核心,-3.0%,-2.0%,2.0%1.0%0.0%,5.0%4.0%,-40.0%,-20.0%-30.0%,-10.0%-1.0%,30.0%20.0%10.0%0.0%,40.0%3.0%,60.0%50.0%,全球GDP成长全球半导体成长,1.7%2.5% 3.3%4.6%3.9% 4.0%3.9%3.0% -2.1 3.9%3.3% 3.6%-32.01.0% 18.0 28.0 7.0% 9.0%4.0% -5.3 -10.5 31.5 4.6% 1.8%,2010 20112001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 （E （F） ）,2012(F),中国半导体成长率 1.1% 42.5 30.9 55.2 28.2 43.3 24.3 -0.4 -1.0 28.4 12.0 7.5%资料来源：世行数据，CSIA，本课题研究组整理，2011年3月5,全球半导体成长,全球GDP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,Volume,ASP,200150100500,250,0,1,2,3,4,5,6,7,8,500040003000200010000,6000,FoundryVolCPUVol.FoundryASP,Year我 65/55 nm状态我45/40nm 目标我 32/28 nm计划6,IDM和Foundry技术发展模式差别Evolution of a New Tech Node,7,全球晶圆代工不同尺寸产能变化趋势,Source：Gartner,200mm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,32nm,共63种元素材料,9,金属栅材料（包括Al，Ni，,互连金属材料,PCRAM,RRAM各种过渡金属氧化物,La系和稀土金属等体系),集成电路材料技术对材料的依赖,5,11,47高K材料(栅介质和存储介质),年10,工艺节点某些特征工艺模块,非经典CMOS和多栅/环形栅技术,体硅CMOS技术,SOI/ CMOS技术,低K介质,纳米互连和接触技术,EUV/EPL纳米印刷光刻技术,铜线互连技术,Bottom up,特低K介质,E-CMP技术三维异质集成技术空气桥技术,硅化物技术氮氧化物栅介质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：,2005,2007,20092010,我国大陆： 2007,2009,20112012,2003,代,Scaling downDFM技术(Design for Manufacturing)高K-金属栅高数值孔径的193nm光刻浸渍式(Immersion)叠加图形技术(Double patterning),2020s,2030s,微镜阵列微麦克风,微型压力传感器可调电容,微机械马达微流道,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75w一般RF功耗为mw数量级，而RF MEMS功耗为w数量级RF MEMS112011-8-22,低功耗集成电路M/NEMS技术所有开发的M/NEMS均为微功耗产品,12,先进工艺技术发展路线图,Source：ITRS，2009,EUV光刻技术正在进入制造产业,13,EUV关键技术,1.,与450毫米硅片结合,EUV + 450mm wafer,2.,EUV光源材料,Materials for generating EUV light,3.,反射面材料加工工艺技术,Techniques to create reflecting surfaces,4.,掩膜板的平整度控制,Mask and wafer flatness control,5.,硅片静电卡盘技术,Electrostatic chuck for wafers,6.,掩膜板在洁净车间里(外)的无污染移动,Particle-free mask handling,7.,EUV光刻胶技术,EUV process resist,8.,测量技术(平整度等)Metrology, flatness, temperature, etc.,14,1. 系统芯片(System on Chip，SoC): 批量生产成本低2. 系统构装(System in Packaging，SiP): 研发成本底,系统芯片和系统构装,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,15,IC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,16,2012年前后2020年以后,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:每1011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,ITRS 2009路线图:20122014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,17,Intel、Samsung、TSMC 450mm晶圆厂进展,18,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。,假如 省29% 制造成本. Qualcomm (22B,cash),愿意支持T18”厂投资,关于450mm（18英寸）最新动态设计公司驱动,政策导向EU-backed 450mm fab line in EuropeTSMC has always built plants in Taiwan, but 450mm could be excepted.Intel, with its record of following the government incentives设备制造商开始妥协2011 Semicon West 显示设备厂商对450mm的兴趣.Even Tokyo Electron, which used to be strongly against it, is reluctantly conceding it will happen19,20,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 (Million Metric Tons of,Equivalent) 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,Intel 从2004年起到2010年要求在每个产品上减少30%温室气体排放,Tim Higgs, Michael Cullen, Marissa Yao, Scott Stewart, “Developing an overall CO2 footprint for semiconductor products”, ISSST-2009.22,MMTCE,先进工艺技术控制温室气体排放,gCO2E/Wafer,200,100,栅刻蚀浅槽隔离刻蚀,每片硅片的PFC的排放量总和全氟碳化物（Per-fluorocarbon， PFC）后段铜互连刻蚀通孔刻蚀,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23,90%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,中芯国际承担国家科技重大专项,设备工艺材料,01专项（工信部）,芯片设计,通讯技术,02专项（上海北京） 03专项（工信部） 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）25,Micron (log),* Note: data points show commercial production date26,0.35m,0.18m 0.15m,0.18m,0.01m,0.25m,65nm,0.13m90nm,Other Fabs in ChinaSMIC,US & Taiwan,45nm（技术转让）,22nm,45nm,65nm,90nm,0.13m0.1m 0.13m2Y Gap,90nm 3Y Gap,3Y Gap,2.5 Gap,32nm32nm32nm 2Y Gap 22nm,与世界一,流差距3年2005,重大专项支持2010,差距缩小到1.5年2015,与世界,一流差,距6年0.0m 2000,正在缩小我国与世界前沿技术差距我集成电路制造进入纳米时代1m,27,65-45-32纳米成套产品工艺项目的特点1.规模最大（共投入30亿人民币）2.难度最高（跨越65-45-32纳米三个技术代）3.参加单位多（顶尖高校研究所共20多家单位）初步建立了产学研合作平台(中芯国际产学研联合实验室)4.经济效益好(已累计销售5亿多人民币,间接效益4亿)65纳米将成果更大规模产业化,正在筹集15亿美金，预计2013年底实现产能2万 片/月（5千万美元/月）5.自主创新特点明显，总共已经申报发明专利1500多项6. 对我国集成电路产业链建设意义重大(1) 为35种国产设备和材料首次进入国内大生产线。打破了国内集成电路生产由进口设备和材料垄断的局面。(2) 45/40纳米基本完成了低功耗产品工艺的开发，年底可以为国内外设计公司提供服务。,(3) 为01/03专项提供支撑.,为国产设备和材料工艺验证,中微：介质刻蚀机北方微电子：硅刻蚀机七星华创：常压氧化炉中科信：离子注入机睿励科技：全自动光学测量设备江丰电子：Al/Cu/Ti/Ta靶材安集：阻挡层,铜籽晶层CMP研磨剂中船重工718所：NF3/WF6,共计34种设备和材料进入我生产线28,29,为国内设计公司和01/03专项提供工艺支持,已经生产,华为海思中信通信展讯新岸线创毅君正创毅视讯,02专项03专项,01专项总共为21家国内客户提供34种,产品服务,计划生产,晶晨半导体瑞芯微电子瑞迪科微电子重邮凌汛科技联芯科技,中芯国际,合作研发,技术引进研发投入中芯国际每年的研发经费均占销售收入的10%以上，目前已累计申请专利超过4000件， 2008-2010年专利申请量位居全国同行业第一位2010年专利授权量居全国第五位30,专利与自主创新中芯国际专利的申请和授权情况自主研发,31,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,32,“未来几十年，世界上包括中国13亿人,口在内的20亿至30亿人将逐步进入现代化行列，,能源资源需求和生态环境压力将大幅上升，经,济社会快速发展与地球有限承载能力的矛盾将,日益尖锐。”,2010年6月7日，胡锦涛在中国科学院第十五次院士大会、中国工程院第十次院士大会上的讲话,经济社会快速发展与地球有限承载能力的矛盾,33,Source:ACEEE, John A. “Skip” Laitner, Chris Poland Knight, Vanessa L. McKinney, Karen Ehrhardt-Martinez, “Semiconductor Technologies : ThePotential to Revolutionize U.S. Energy Productivity”, May 2009, Report Namber E0942011-8-22,中国发展需坚持走低能耗道路集成电路对节约能源的革命性贡献2006年，在美国整个半导体技术的应用节约了大概7750亿千瓦小时的能源（约相当于三峡水电站年发电量的9倍）各种各样的政策和激励措施可以推动半导体节能技术投入的增加，到2030年，这些政策可能会促使这一现象的出现：即与2008年相比，美国经济增长量将超过70%，但耗电量却减少了11%。,集成电路50年，面临突破器件物理限制，进入后摩尔时代。世界经济重组，产业转型,消费大国成为创新大国,借助国家重大专项支持全力打造世界级企业发挥产学研联合优势推动企业为主体科技创新34,前景,我国集成电路产业发展机遇和前景抓住难得的历史机遇贯彻实施新18号文件我国经济转型，调结构，转方式，改立足，惠民生。,6机遇,35,物联网技术及应用的层次结构,给产业带来巨大机遇,培育高质量人才。“推动国家重点实验室、国家工程实验室、国家工程中心和企业技术中心建设”36,加强三大实验室的建设发挥国家科技重大专项的引导作用，大力支持软件和集成电路重大关键技术的研发，加强产学研的结合，建立自主的知识产权体系。,下一代技术以企业为主体，产学研结合的联合实验室以产业骨干企业为基础。面向国内集成电路产业35年内的技术需求，如32/22nm技术。产、学、研相结合。研究成果向产品转移。,下二代技术产前联盟实验室具有实力的企业，联合进行核心技术的开发，在此基础上，各个企业将研发成果带回企业进行产品开发。,下三代技术国家研究实验室以10年后的下一代技术（如10nm集成系统）为目标。共享大学、研究所和博士生资源。建立科研成果转化为生产力的渠道。开放国际合作。,优先发展设计业，以制造业为中坚，完善材料、设备、封装、测试、咨询、中介、评估的产业链。,继续实施优惠政策同时用科技增强自主创新能力与核心竞争力。37,希望和建议-政策性积极贯彻落实进一步鼓励软件产业和集成电路产业的若干政策（“新18号文”）。我国目前正处于经济转型时期，信息化科学技术与新能源、新材料和生物产业一并成为牵引我国经济持续发展的重大战略性支柱产业。作为信息科学技术与产业基础的软件与集成电路产业，将始终是伴随这一历史时期的“国家战略性新兴产业，是国民经济和社会信息化的重要基础.”需要大力扶植。强化高端制造业的支持. 没有高端制造业，我们这样的发展中大国，最终将受制于人.扩展融资渠道. 高端制造业有创新空间和利润空间。对产业建设与发展而言，要扩展融资渠道。实施大企业战略，扩展融资渠道，进行产业重组和区域整合，“培育一批有实力和影响力的行业领先企业”,38,充分利用中国巨大的市场优势和人力资源优势，转化为产业优势技术研发要独立自主为主,美国可以利用全世界资源，但是，我们的高端制造领域还必须依靠自我发展，只有自己掌握了高技术，才可以组织世界资源，否则将是一个难圆的梦,加强培育龙头企业,销售额大于10亿美元的设计企业和销售额大于50亿美元的制造企业。,加强在产学研用结合,32nm的产品，能够在近23年内提供批量生产服务；,再用35年时间，22nm的集成电路能够批量生产并提供加工服务。,在结合实施973基础研究和国家重大专项的基础上，开展16nm技术的研发工作和10纳米先期研究工作。,希望和建议-市场与技术发展,1. 立足本土发展产业,积极加入全球经济2. 优先发展晶圆代工业,寻找IDM 发展机会3. 高度重视高端产业技术研发,决不受制与人4. 需要关注450mm晶圆和EUV技术发展5. 鼓励开展环保的绿色制造工艺技术6. 利用国家02重大专项成果带动产业链建设7. 坚持走低能耗发展道路8. 优先发展信息产业(GDP的龙头)9. 重视三大实验室的建设加强产学研用结合,提倡企业为创新主体10. 拓展融资渠道,支持高端制造业392011-8-22,总,结,40,谢谢各位,