半导体行业新技术.doc

半导体行业的新技术及发展前景半导体行业的新技术及发展半导体产品中目前以DRAM、SoC和NAND闪存三者最为重要。随着半导体工艺技术的发展，加速缩小芯片尺寸而降低成本成为业界竞争焦点。上世纪80年代后半期，DRAM充当了半导体技术发展的驱动器，进入21世纪，逻辑芯片或许将成为半导体产业的推动力。目前45nm已是量产技术，32nm已开发成功并推出产品，22nm则是下一个开发目标。据ITRS(国际半导体技术发展路线图)预测，今后半导体工艺还将继续向前发展，2016年可望达到10nm。摩尔定律在英特尔和IBM两大半导体主导公司的坚挺下依然存活，但需要面对的不仅是技术问题，还有更紧迫的经济问题，因此，竞争前的合作无疑已是今天技术发展至为重要的关键因素。器件的发展目标是一个永恒的课题，工艺发展目标是支持器件发展的具体手段，材料和生产设备则是成功的基础。器件和工艺的发展目标，高集成、多功能和低功耗是半导体器件追求的主要目标，与之相配合，器件的结构包括新型CMOS结构和三维器件结构等也需同时发展。工艺的发展目标如微细加工技术、新材料引进、更大的晶圆直径等都很重要，具体的工艺技术则包括了新的光刻技术、新材料加工处理技术、薄膜技术、高K金属栅低k连接技术等。英特尔公司的发展一直受到PC强势需求、战略研发投资和制造工艺不断革新的驱动，始终保持着领先的地位并引领着业界的前进。它的Atom芯片设计已实现1GHz的工作频率，而功耗减少到上一代产品的110。未来的处理器将在板上集成centrino无线电路。IBM公司通过产学官的合作，最近投资15亿美元探索“后CMOS”(beyond CMOS)技术，并计划与大学合作组织半导体封装中心。IBM与AMD、飞思卡尔、意法半导体、东芝等5家公司以及美国纳米科学与工程学院(CNSE)共同率先在业界开发出22nm工艺的SRAM，并已确认可正常工作。摩尔定律的存在已超过了40个年头，业界也一直在反思和思考，除了每1012个月使芯片密度翻番(摩尔定律)之外，有没有别的途径可使芯片增加价值。答案是肯定的，这就是所谓“超越摩尔定律”(more than Moores Law)。就当前而言，在数字消费电子的牵引下，化合物、TSV(Through silieon via，硅贯通电极)和MEMS三者对推进半导体技术发展具有强大魅力。观察今年召开的ISSCC(国际固态电路会议)大会，可看到半导体技术发展的最新动态，以及各公司在经济不景气的情况下如何迎接变革。会上继续积极推进CMOS工艺发展的仅是少数企业，而更受人注目的则是有关促进高集成化低成本化的技术，以及医疗，能源等新领域的发展。非微细化领域以应用多样化为代表，一是以医疗和能源为中心开拓新的市场；一是以SiC、有机材料、强电介质材料等为主的灵活应用。模拟技术论文包括面向测控设备的高精度CMOS放大器(采用低Chopping技术)，灵活应用离散时间模拟信号处理器的PLL，高输出功率的D类音频放大器等，独特的模拟技术提案数量甚多。RF领域中，CMOS电路技术的进展明显。许多论文都是关于在一个终端里如何利用高集成化的CMOS技术，来将多模多频转化为可编程的通用无线技术。尤其受到关注的是荷兰Twente大学的软件无线电接收电路。毫米波CMOS已超过100GHz，美国加州大学等开发的65nm CMOS放大器已可在150GHz频段工作。随着半导体工艺的发展，集成23亿个晶体管的微处理器已经亮相，芯片上的晶体管数还会继续增加。使用这么多晶体管的系统性能可大大提高。此外，处理器的多核化、存储系统、芯片间的通信、可靠性、功耗、时钟频率、电源等综合技术的开发十分重要，也引起了业界重视。英特尔公司发表的片上电源控制用微控制器，厚71m，采用低阻抗金属布线，功率从不到10w到130W，适用于便携设备到服务器的广泛领域。另外，该公司发表的45nm6核Xeomg处理器通过FSB(前端总线)可实现与存储系统之间1.066GTs的通信，功耗为65W。存储器方面，NAND存储器的微细化已达到34nm43nm的水平，多值技术已推进到3位单元4位单元，实现了32Gb64Gb的容量。闪存叠层的三维SSD向着低功耗的方向发展，东京大学与东芝公司推出的SSD产品的功耗可减少68，日本庆应义塾大学等发表的三维SSD通过磁场耦合使接口功耗减少了一半，传输速率达2Gbps。三星公司利用TSV技术将4个2Gb DRAM进行三维叠层，实现了业界最大容量的8Gb DRAM。东芝公司发布了旨在取代DRAM的128Mb Chain FeRAM，采用0.13m工艺，数据传输速率达1.6GBps。2013年中国IC行业在资本运作层面出现了一个小高潮：9月底澜起科技在美国Nasdaq成功上市，成为过去10年在美国上市的第4家中国集成电路设计企业，也是近3年来在美国上市的唯一的中国集成电路设计企业。在此之前，同方国芯以定向增发的方式实现了对深圳国微电子的合并;紫光集团斥资17.8亿美元收购了展讯通信，创造了中国集成电路设计业最大的资本并购案，展现出资本市场对集成电路设计企业的高度兴趣。除此之外，在技术研发、新品发布、专利权交易诸多层面，中国集成电路均表现出了相当的活跃度。相比之下，2013年全球半导体增长率可能只有1%。然而，活跃的市场并没有给中国半导体业者带来成就与满足，当今大多数中国半导体人员都存在一种危机感，这种危机感可以从近日召开的“2013北京微电子国际研讨会”所有演讲嘉宾的发言中清楚地感受出来。压力不仅来源于中国IC企业长期存在的小而散、创新能力不足等老大难问题久拖无解，更来自于国际半导体业界日益临近的技术变革，已对中国企业的生存形成挑战。在当前形势之下，中国半导体要想不被淘汰，进而取得进步与发展，只有跳出以往的窠臼，探寻全新的发展思路，包括管理模式创新、投资模式创新，以及商业模式创新等。半导体健康发展事关网络和信息安全集成电路产业的重要性不言而喻，它是信息技术产业的核心，国家重要的基础性、先导性和战略性产业。对此，国务院副总理马凯日前在深圳、杭州和上海调研时多次强调指出，发展集成电路产业是中央的战略决策，并将集成电路产业的发展提升到推动经济转型升级和保障国家安全的高度。如此重视，不仅因为集成电路产品应用遍及通信、计算机、多媒体、智能卡、导航、功率器件、模拟器件和消费类电子等不同领域，市场庞大(根据中国半导体行业协会数据，2012年中国半导体市场规模近万亿元)，还因为这个市场所蕴含的机会，在未来依然无比诱人。华美半导体协会会长兼理事长彭亮指出，在世界进入后PC时代后，未来几年围绕移动智能终端所开发的各类芯片仍然是市场热点，将维持高速发展的态势。中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军指出，集成电路作为电子信息产业的核心和基础，其发展不仅对IC业自身至关重要，更会对下游的整机系统产生重大影响，是事关网络和信息安全的大事。中科院微电子所所长叶甜春指出，集成电路已成为事关国家竞争力的战略高技术产品，集成电路制造技术是大国综合科技实力竞争的必争战略制高点。中国高端制造装备与材料依赖进口，制造工艺缺乏自主知识产权的局面必须扭转。而庞大的市场需求提供了历史性的产业发展机遇与空间。然而，随着半导体迈向14nm时代，产业型态正处在一个发生重大技术变革的端口，以往我们熟知的产业周期正在逐渐消失，以往习惯的发展节律也有可能被打乱，这给仍以小、微企业为主的中国IC设计业带来了严重挑战。全球集成电路正进入后摩尔定律时代，工艺不断走向细微化。提高光刻分辨率的途径有3种：缩短曝光波长、增大镜头的数值孔径NA以及减少k1。显然，缩短波长是主要的也是方便易行的。目前市场的193nmArF光源是首选，再加入浸液式技术等，实际上达到28nm几乎已是极限(需要OPC等技术的帮助)。所以fabless公司NVIDIA的CEO黄仁勋多次指出工艺制程在22nm/20nm时的成本一定比28nm高，因为当工艺尺寸缩小到22nm/20nm时，传统的光刻技术已无能为力，必须采用辅助的两次图形曝光技术(DP)。从原理上DP技术易于理解，甚至可以三次或者四次曝光，但是必然带来两个大问题：一个是光刻加掩模的成本迅速上升，另一个是工艺的循环周期延长。一个有关成本的数字是，从65nm、45nm、28nm、22nm、16nm一路发展下来，芯片的研发制造成本越来越高。22nm工艺节点上，一条达到盈亏平衡的生产线预计投资需要高达80亿美元100亿美元，16nm工艺节点时可能达到120亿美元150亿美元。除了尺寸缩小之外，半导体产业尚有450mm硅片、TSV3D封装、FinFET结构与III-V族作沟道材料等诸多新的关键技术工艺逐渐达到实施阶段。以至于目前只有少数高端芯片设计公司可以负担这些研发费用，继续跟踪定律的厂家数量越来越少。近两年来，尽管全球半导体业几乎徘徊在3000亿美元左右，但是代工业却创造了一个又一个奇迹。2012年全球半导体增长不足1%的时候，代工业销售额却达到345.7亿美元，与2011年的307亿美元相比增长率达12.6%。发展中国半导体产业需要创新思路集成电路设计企业说到底是一个产品企业，其生存和发展依赖的是企业的芯片产品，在同质化严重的大背景下，创新成为设计企业突围的关键，当然这种创新不仅局限在产品创新、技术创新上，管理模式创新、投资模式创新以及商业模式创新等也极为重要。首先是组织模式创新。在探讨我国IC产业发展模式时，业界经常呼吁要尽快实现整机和芯片联动，以使芯片企业能够通过与国内整机企业的合作，更好地把握市场需求，增强市场拓展能力;而整机企业也可通过联动，得到芯片企业更好的技术支持，提升核心竞争能力。然而这一设想一直缺乏有效的组织管理机构和协调机制。根据魏少军的介绍，未来我国有望成立一个国家级的集成电路管理机构，协调产业发展，以信息安全为主要抓手，重点发展信息基础设施所需的集成电路芯片，维护网络和信息安全。这种组织模式的创新，希望能为中国半导体开创出一条有效的发展路径。其次是投资模式创新。半导体的Foundry厂与液晶面板厂、LED芯片厂一样，都需要大量资金的投入，但是这种赢利周期极长的项目仅靠社会资本投入，缺乏吸引力且风险过大，而过去二三十年间的经验又表明纯粹的政府投入做不好半导体产业。对此，华山资本董事总经理陈大同表示，我国将探索资金的管理模式，筹集和建立集成电路专项发展资金，中央政府投入一部分，地方资金投入一部分，然后用政府资金撬动社会资金，将成为未来一段时间中国对于具有战略价值的大型半导体项目进行资金扶持的主要