（区域经济学专业论文）两岸集成电路产业发展成果比较研究.pdf

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方法，针对海峡两岸：台湾，大陆集成电路产业的发展为研究的主轴，对于生 产要素、需求条件、企业同业结构、相关与支持性产业、政府角色、及机会等 六大面向比较两岸i c 产业在发展初期条件的差异，并以之后的发展成果来验 证，从而归纳出各自发展出的成功策略，优、劣势，再以现状依六大面向再次 比较，针对两岸i c 产业发展至今所面临的契机与挑战做进一步的解析，最后再 依以往的成功策略，对两岸i c 各次产业，包括i c 设计、i c 制造、及i c 封装 测试业的今后发展提供建议与结论。 本论文章节安排如下：第一章导论首先介绍论文题目、论文架构及采用理 论说明，第二章则简述世界半导体集成电路产业的发展历史，接着分别是台湾 地区和中国大陆集成电路产业的发展历史，让读者对集成电路产业有一个整体 的概念。第三章以两岸集成电路产业起步发展十多年后的1 9 8 0 年做为萌芽期切 片比较，再以之后至今的发展来验证；第四章简述当前两岸集成电路产业的契 机与挑战，最后第五章总结，为两岸集成电路产业今后发展提供建议与结论。 关键词：钻石体系理论模型集成电路海峡两岸 a b s t r a c t a b s t r a c t i th a sb e e no v e r5 0y e a r ss i n c et h ei n v e n t i o no ft h ei n t e g r a t e dc i r c u i t ( i c ) i n l9 5 8 ，t h ei m p o r t a n c eo f i ci sw i t h o u td o u b t ，i nj a p a n ，i c sw e r ee v e nc a l l e da st h er i c e o ft h ei n d u s t r y , i c sn o to n l ya r ek e yp a r t so fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yp r o d u c t ，b u ta l s o a r ek e y p a r t so fc o m m u n i c a t i o np r o d u c t s ，c o n s u m e re l e c t r o n i c sp r o d u c t s ，a u t o m o b i l e p r o d u c t s ，i n d u s t r i a lp r o d u c t s ，n a t i o n a ld e f e n s ea n da e r os p a c ep r o d u c t s ，i c sh a v e h i 曲c o n n e c t i o nw i t ht h ei n d u s t r y , a n dh i g ha d do nv a l u e ，a n da r eb o t hc a p i t a l i n t e n s i v ea n d t e c h n o l o g yi n t e n s i v ei n d u s t r y , t h e i ci n d u s t r yi s a l w a y sh i g h l y e m p h a s i z e db ym o s td e v e l o p e dc o n t r i e s t h ea p p l i c a t i o no fl ca n dr e l a t e dt e c h n o l o g y h a db e e ni m p r o v e dt h ep r o d u c t i v i t yo fn e a r l ye v e r yb u s i n e s si nt h ew o r l d ，i n c r e a s e t h ee c o n o m i cg r o w t hr a t e ，a n dr e d u c et h eu n e m p l o y m e n tr a t e ，t h ep r i c eo fi c s a l w a y sg o i n gd o w nr a p i d l y , t h u sm a k ep ca n de l e c t r o n i cp r o d u c tp r i c ea l s og o i n g d o w n ，s o m e w h a tr e d u c et h ei n f l a t i o nr a t eo ft h ew o r l d ，t h i si st h ec o n t r i b u t i o no fi c s t ot h ew o r l d ，a n dt h a ti sw h yic h o o s ei ci n d u s t r ya sm y s t u d ys u b j e c t t h er e s e a r c hr e p o r ti sb a s e do nt h ed i a m o n dm o d e lo fm i c h a e le p o r t e r , f o c u s o nt h ed e v e l o p m e n to ft h ei ci n d u s t r yo fb o t hs i d e so fc r o s s i n gt a i w a ns t r a i t ： t a i w a na n dc h i n am a i n l a n d ，t h et w oa r e a s ，c o m p a r et h ed i f f e r e n c eo ft h ei c i n d u s t r ye n v i r o n m e n to ft a i w a na n dc h i n ab yp o r t e r sd i a m o n dk e yf a c t o r sd u r i n g e a r l ys t a r ts t a g ei nt h ey e a r19 8 0 ，a n dv e n f yb yt h er e s u l to ft h ep r o g r e s so fb o t h s i d e ，t h e ns u m m a r i z et h es u c c e s sf a c t o r s ，a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n ts i t u a t i o n ，u s et h e d i a m o n dm o d e ld ot h ec o m p a r i s o na g a i n ，l i s tt h ec h a l l e n g ea n dc h a n c eo fb o t h s i d e ，f i n a l l ym a k ec o n c l u s i o n sa n ds u g g e s t i o n st oe a c hs u b i n d u s t r y ( i n c l u d e si c d e s i g n ，i cm a n u f a c t u r i n g ，i cp a c k a g i n g & t e s t i n g ) o f t a i w a na n dc h i n am a i n l a n d a si nt h er e s e a r c hr e p o r t ，ie x p l a i nt h et o p i ca n dt h es t r u c t u r ea n dt h e o r yi nt h e f i r s tc h a p t e r , t h e nb r i e f l yd e s c r i b et h es e m i c o n d u c t o ri ch i s t o r yo ft h ew o r l d ，a n d t a i w a na n dc h i n am a i n l a n di n c h a p t e r2 , t h et h i r dc h a p t e rc o v e rt h ee a r l y d e v e l o p m e n ts t a g e o ft a i w a na n dc h i n am a i n l a n di c i n d u s t r y , d ot h e c o m p a r i s o n ，a n dv 甜母t h et h e o r y w i t ht h e r e s u l t ，c h a p t e r4s h o w st h ec u r r e n t c h a l l e n g ea n do p p o r t u n i t yo ft a i w a na n dc h i n am a i n l a n di ci n d u s t r y , i nl a s t c h a p t e r , s o m ec o n c l u s i o n sa n ds u g g e s t i o n sw e r em a d e ，t h a tc o m p o s et h i sr e p o r t k e yw o r d s ：d i a m o n dm o d e l ；i n t e g r a t e dc i r c u i t ( i c ) ；b o t hs i d eo fc r o s s i n g t a i w a ns t r a i t h 日录 目录 第一章导论1 第一节问题的提出1 第二节论文研究架构2 第三节理论说明2 第二章集成电路产业发展历程5 第一节世界集成电路产业的发展历程5 第二节台湾地区集成电路产业的发展历程1 l 第三节大陆集成电路产业的发展历程1 6 第三章萌芽期两岸集成电路产业的发展差异分析2 6 第一节萌芽期两岸依钻石体系分析架构比较2 6 第二节萌芽期至今台湾地区集成电路产业发展优劣分析3 0 第三节萌芽期至今大陆集成电路产业发展优劣分析3 3 第四章当前大陆与台湾地区集成电路产业的发展差异分析3 7 第一节当前两岸依钻石体系分析架构比较3 7 第二节当前台湾地区集成电路产业发展的契机与挑战4 0 第三节当前大陆集成电路产业发展的契机与挑战4 1 第五章结论与建议4 3 第一节结论4 3 第二节对台湾地区集成电路产业的发展建议4 4 第三节对大陆集成电路产业的发展建议4 6 附录：4 8 参考文献5 4 致谢5 6 个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果5 7 i l l 第一章导论 第一章导论 第一节问题的提出 自1 9 5 8 年世界上第一片半导体集成电路诞生以后，至今5 0 年来，集成电 路产业即大致遵循有名的摩尔定律飞速成长，其成长速度与成本的下跌程度可 谓称冠于所有产业，摩尔定律是由英特尔( i n t e l ) 名誉董事长戈登摩尔 ( g o r d o nm o o r e ) 于1 9 6 5 年经过长期观察发现得之。简单的说就是一个尺寸 相同的芯片上，所容纳的晶体管数量，因制程技术的提升，每十八个月会加倍， 但售价相同。换算为成本，即每隔一年半成本可降低五成，平均每年成本可降 低三成多。而i c 技术每隔一年半就推进一个世代，就单位成本的降低与单位功 能提升产生的惊人效益，也对半世纪以来世界整体经济产值的增加，个人生产 力的持续提升，以及个人生活福祉的大幅改善，起了显著的贡献。 海峡两岸：大陆与台湾地区分别跟随集成电路产业的先驱美国的发展 进度而各自投下资金及有大量的人才参与发展，并有着因不同的时空背景所采 取的不同策略，也都取得了一定的成果，时至今日，也面临了各自的问题与挑 战，个人从事集成电路产业中的i c 设计业已超过2 4 年，亲身经历台湾地区集 成电路产业的从零开始，到今天成为世界第四大产值的发展历程，整体集成电 路产业产值次于美国、日本、韩国，台湾之所以有今天，除了时机巧合搭上个 人计算机及消费性电子高速成长带动集成电路大量需求的成长列车，而成就今 天的规模外，也必然因为有一些成功因素，而中国大陆则是在发展集成电路产 业的过程中，经历从开始的缓慢摸索，到近几年飞速成长，不要多久可望超越 其它国家而成为全球最大市场，此时正是中国大陆发展集成电路产业的黄金时 机。因此个人亟思从大陆与台湾地区发展集成电路产业的历史中汲取经验及教 训，归纳出成功因素，从而对今后大陆与台湾地区集成电路产业的发展方向提 供建议，这是个人选择研究题目：两岸集成电路产业发展成果比较研究的动 机。 g o r d o nm o o r e ，电子杂志( e l e c t r o n i c sm a g a z i n e ) ，1 9 6 5 ( 1 1 4 ) l 第一章导论 第二节论文研究架构 本论文尝试以波特( p o r t e r ，m i c h a e l e ) 的钻石体系理论模型就海峡两岸 发展集成电路产业至今四十余年的过程中选择以起步后十多年的1 9 8 0 年做为 萌芽时期切片比较，并以之后的发展成果来验证，找出两岸各自的成功的地方， 从中归纳因素，然后再以当前( 2 0 0 8 年) 海峡两岸集成电路产业切片比较，针对 两岸各自较不足的地方，根据所归纳的结论，提出建议，做为今后发展的参考。 由于两岸分隔各自发展己械超过6 0 年，在一些半导体、集成电路使用技术术语 上有所不同，文中将尽量使用大陆方面的术语，仅有少数引用台湾原文资料使 用台湾方面术语，附录有海峡两岸半导体相关名词用语对照表，可供参看。 另外，由于半导体产业8 0 以上的产值是集中于集成电路，并且也因为集 成电路的发明与快速发展才促成整体半导体产业的快速发展，因此文中所提有 关半导体产业的数据，可视同为集成电路产业的数据，以简化说明。 第三节理论说明 波特( p o r t e r ，m i c h a e l e ) 于国家竞争优势一书中首先提出钻石体系理 论模型，认为国家( 地区) 乃是产业最基本的竞争优势，因为它能创造并持续产 业的竞争条件，国家( 地区) 的政府不但影响产业中之企业所做的决策，也是创 造并延续生产与技术发展的核心。钻石体系理论之发展，乃为了解答：“为什 么一个国家( 地区) 能成为某些产业在国际竞争中成功的基石? 基本上，波特认为一个国家( 地区) 内的某些产业为什么能在激烈的国际竞 争中崭露头角，必须从每个国家( 地区) 都有的四组环境因素( 生产要素、需求条 件、相关与支持性产业及企业策略、企业结构和竞争程度) 来讨论。由于此四组 环境因素以图形表示时，其形状如同一颗钻石( 如下图所示) ，各因素间彼此 相互关联，故称其为“钻石体系 。这些因素可能会加强本国( 地区) 企业创造竞 争优势的速度，也可能造成企业发展迟滞不前的原因。 波特认为产业的发展有其特定因素，而在不同的因素相互影响下造成产业 波特( p o r t e r ，m i c h a e l e ) ，国家竞争优势，天下远见出版( 股) ，2 0 0 7 2 第一章导论 多变的形态。因此他提出钻石体系模式来比较且解释产业在不同国家( 地区) 的 发展情形。此一架构将产业发展的基本因素分为四个主要因素：生产要素、需求 条件、相关与支持产业、企业策略结构与竞争对手，再加上两个关键附加因素： 机会以及政府。 生产要素：主要为国家( 地区) 在特定产业竞争中有关生产方面的表现，如 人力资源、自然资源、知识资源、资本资源与基本建设等优劣条件。 需求条件：主要为本国( 地区) 市场对该项产业所提供产品或服务的需求。 相关与支持产业：主要指相关产业与上游产业是否具有竞争力。 企业策略结构与竞争对手：主要为在产业内企业的组织与管理形态，以及 市场竞争情形。 机会：某些特定的条件出现会改变国家( 地区) 的竞争优势与产业环境。如 基础科技的创新、全球金融市场或汇率的重大变化等等。 政府：国家( 地区) 政府透过政策工具与手段会改变产业的竞争环境与条件， 如政府的补贴政策会影响到生产因素、金融市场的规范或税制会影响到企业的 结构。而产业的发展也会带动政府的投资意愿与态度。因此在分析政府的政策 时必须参考其它条件的情况。 在此模式中，波特强调产业的优势在于基本条件的互相影响，藉由这些关 键条件，可以评估产业环境的变化与改变的效果。因此配合国家的特有资源条 件与优势，并经分析及评估，可以提供有用的资料，促使政府制定、执行、控 制与规划最有利于企业的相关政策。 以下条列出应用于集成电路产业的钻石体系的分析架构细项： 生产要素：包括人力成本、科研人力素质及总量、建厂土地取得成本及难 易度、水电成本及供应质量、基础设施的完善性、管销费用以及资金取得成本 及难易度。 需求条件：包括国内i c 市场规模、成长性、对国外市场需求的满足能力与 反应速度、客户对质量的要求、客户的全球市场地位。 相关及支持性产业：相关支持产业的全球市场地位、相关支持产业的完整 度、与相关支持产业的链接度、学术及科研单位的质量与学术及科研单位的链 接度。 张超群由中国大陆发展半导体产业看两岸晶圆代工的竞合“经济部技术处一，2 0 0 6 ( 1 - 6 ) 3 第一章导论 企业策略、企业结构和竞争程度：厂商竞争激烈度、厂商全球市场地位、 厂商国际化程度、公司透明度公司治理、企业策略规划能力及积极度。 政府及社会环境：租税优惠条件、政策稳定度、政策上是否订为国家策略 性发展项目、环保及社会接受度。 机会：应用市场如个人计算机( p c ) 的诞生及飞速成长产生对半导体的强烈 需求，其它3 c 消费性电子、电信产品的普及也需要半导体、等等。 波特定义一国( 地区) 产业是否取得“国际成功 是：一国( 地区) 产业是否 拥有可与世界级竞争对手较劲的竞争优势，以集成电路产业而论，世界级竞争 对手即是指美、日、欧集成电路产业，我们将以此做为衡量成功的标准。 4 第二章集成电路产业发展历程 第二章集成电路产业发展历程 第一节世界集成电路产业的发展历程 要谈世界集成电路的发展，首先要从它的源头半导体谈起，在二十世纪的 近代科学，特别是从量子力学的发展得知金属材料拥有良好的导电与导热特性， 而另一极端的陶瓷材料则否，它显示不导电的绝缘特性，当时人们对于四周物 体的认识仍然属于较为巨观的了解，性质介于这两者之间的，就是半导体材料。 1 8 3 3 年英国科学家法拉第( m i c h a e lf a r a d a y ，1 7 9 1 - 1 8 6 7 ) 发现硫化银 ( s i l v e rs u l f i d e ) 具有半导体的特性，因为它的电阻随着温度上升而降低，当 时只觉得这件事有些奇特，并没有激起太大的火花；然而，今天我们已经知道， 随着温度的提升，晶格震动越厉害，使得电阻增加，但对半导体而言，温度上 升使自由载子的浓度增加，反而有助于导电，这也是半导体一个非常重要的物 理性质。1 8 7 4 年，德国的布劳恩( f e r d i n a n db r a u n ，1 8 5 0 、1 9 1 8 ) ，注意到硫化 物的电导率与所加电压的方向有关，这就是半导体的整流作用圆。但直到1 9 0 6 年，美国电机发明家匹卡( g w p i c k a r d ，1 8 7 7 1 9 5 6 ) ，才发明了第一个固态 电子组件：无线电波侦测器，俗称：猫胡子( c a t sw h i s k e r ) ，它使用金属与 硅或硫化铅相接触所产生的整流功能，来侦测无线电波。 在整流理论方面，德 国的萧特基( w a l t e rs c h o t t k y ，1 8 8 6 1 9 7 6 ) 在1 9 3 9 年，于“德国物理学报发 表了一篇有关整流理论的重要论文，做了许多推论，他认为金属与半导体间有 能障( p o t e n t i a lb a r r i e r ) 的存在，其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形 状与宽度。 至于现在为大家所接受的整流理论，则是1 9 4 2 年，由索末菲( a r n o l d 张文亮，电学之父法拉第的故事，第一版 留m a n f r e dt h u m m ，”h i s t o r i c a lg e r m a nc o n t r i b u t i o n st op h y s i c sa n da p p l i c a t i o n so f e l e c t r o m a g n e t i co s c i l l a t i o n sa n dw a v e s ”，f o r s c h u n g s z e n t r u mk a r l s r u h e 。a s s o c i a t i o n e u r a t o m f z k ，i n s t i t u tf u rh o c h l e i s t u n g s i m p u l s u n dm i k r o w e ll e n t e c h n i k g w p i c k a r d ，c r y s t a la n ds o l i dc o n t a c tr e c t i f i e r s ，p h y s r e v ( s e r i e si ) 2 9 ，4 4 5 - 4 6 0 ，19 0 9 s c h o t t k y ，w t t a l b l e i t e r t h e o r i ed e rs p e r r s s c h i c h t n a t u m r i s s e n s c h a f t e nv 0 1 2 6 ( 1 9 3 8 ) 8 4 3 a b s t r a c ti ne n g li s ha ss e m i c o n d u c t o rt h e o r yo ft h eb l o c k i n gl a y e ri ns z e s m s e m i c o n d u c t o rd e v i c e s ：p i o n e e r i n gp a p e r s 3 8 1 5 第二章集成电路产业发腱历程 s o m m e r f e l d ， 1 8 6 8 1 9 5 1 ) 的学生贝特( h a n sb e t h e ，1 9 0 6 ) 所发展出来， 他提出的就是热电子发射理论( t h e r m i o n i ce m is s i o n ) ，这些具有较高能量的电 子，可越过能障到达另一边，其理论也与实验结果较为符合。 在半导体领域中，与整流理论同等重要的，就是能带理论。布洛赫( f e l i x b l o c h ，1 9 0 5 1 9 8 3 ) 在这方面做出了重要的贡献，其定理是将电子波函数加上了 周期性的项，首开能带理论的先河。圆另一方面，德国人佩尔斯( r u d o l fp e i e r l s ， 1 9 0 7 ) 于1 9 2 9 年，则指出一个几乎完全填满的能带，其电特性可以用一 些带正电的电荷来解释，这就是电洞概念的滥觞；他后来提出的微扰理论，解 释了能隙( e n e r g yg a p ) 存在。固 早期有一些利用半导体特性的器件被发明出来，不过耐用性及可靠度皆不 理想，而直到1 9 0 6 年第弗瑞斯特( l e ed ef o r e s t ，1 8 7 3 - 1 9 6 1 ) 发明三极真空管， 应用已经成熟的灯泡制作工艺来制造，才相对稳定、可靠，因此从1 9 2 0 年代到 1 9 5 0 年代，真空管成为各式各样电子设备、装置不可或缺的组件。它主要的缺 点是体积很大，而且灯丝需要加热，既耗费不少功率，使用寿命也因过热而缩 短，价格高。 二次世界大战后，美国的贝尔实验室( b e l ll a b ) ，决定要进行一个半导体 方面的计划，目标自然是想做出固态放大器，它们在1 9 4 5 年7 月，成立了固态 物理的研究部门，经理正是萧克莱( w i l l i a ms h o c k l e y ，1 9 1 0 1 9 8 9 ) 。由于使 用场效应( f i e l de f f e c t ) 来改变电导的许多实验都失败了，巴丁( j o h nb a r d e e n ， 1 9 0 8 1 9 9 1 ) 推定是因为半导体具有表面态( s u r f a c es t a t e ) 的关系，为了避开表 面态的问题，1 9 4 7 年1 1 月1 7 日，巴丁与布拉顿( w a l t e rb r a t t a i n1 9 0 2 1 9 8 7 ) 在硅表面滴上水滴，用涂了蜡的钨丝与硅接触，再加上一伏特的电压，发现流 经接点的电流增加了! 但若想得到足够的功率放大，相邻两接触点的距离要接 近到千分之二英时以下。1 2 月1 6 日，布莱登用一块三角形塑料，在塑料角上 贴上金箔，然后用刀片切开一条细缝，形成了两个距离很近的电极，其中，加 b e t h e ，h a t h e o r yo fh i g hf r e q u e n c yr e c t i f i c a t i o nb ys i1i c o nc r y s t a l s 。 m a s s a c h u s e t t si n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y ( m i t ) r a d i a t i o nl a b o r a t o r y ，u n i t e ds t a t e s d e p a r t m e n to fe n e r g y ( t h r o u g hp r e d e c e s s o ra g e n c yt h ea t o m i ce n e r g yc o m i s s i o n ) ， ( o c t o b e r2 9 。1 9 4 2 ) 学b l o c h ，f ：s t a u b ，h 二f is s i o ns p e c t r u m ，l o sa l a m o sn a t i o n a ll a b o r a t o r y ( l a n l ) ( t h r o u g h _ p r e d e c e s s o ra g e n c yl o sa l a m o ss c i e n t if i cl a b ) ，u n i t e ds t a t e sd e p a r t m e n to f e n e r g y ( t h r o u g hp r e d e c e s s o ra g e n c yt h eu sa t o m i ce n e r g yc o m m i s s i o n ) ，( a u g u s t1 8 ，1 9 4 3 ) 锄李雅明，“半导体的故事”，新新闻文化事业2 0 0 0 ( 2 2 5 1 ) 6 第一二章集成电路产业发展历程 正电压的称为射极( e m it t e r ) ，负电压的称为集极( c o ll e c t o r ) ，塑料下方接 触的锗晶体就是基极( b a s e ) ，构成第一个点接触晶体管( p o i n tc o n t a c t t r a n s i s t o r ) ，1 9 4 7 年1 2 月2 3 日清晨，他们更进一步使用点接触晶体管制作 出一个语音放大器，该同因而成为晶体管正式发明的重大同子。随后这三人也 因这项划时代的发明，于1 9 5 6 年共同荣获诺贝尔物理奖。 另一方面，就在点接触晶体管发明整整一个月后，萧克莱想到使用p - n 接 面来制作接面晶体管( j u n c t i o nt r a n s i s t o r ) 的方法，在萧克莱的构想中，使 用半导体两边的n 型层来取代点接触晶体管的金属针，藉由调节中间p 型层的 电压，就能调控电子或电洞的流动，这是一种进步很多的晶体管，也称为双极 型晶体管( b i p o l a rt r a n s i s t o r ) ，但以当时的技术，还无法实际制作出来。 晶体管的确是由于科学发明而创造出来的一个新组件，但是工业界在1 9 5 0 年代为了生产晶体管，却碰到许多困难。1 9 5 1 年，西方电器公司( w e s t e r n e l e c t r i c ) 开始生产商用的锗接点晶体管，1 9 5 2 年4 月，西方电器、雷神 ( r a y t h e o n ) 、美国无线电( r c a ) 与奇异( g e ) 等公司，则生产出商用的双极型晶 体管。但直到1 9 5 4 年5 月，第一颗以硅做成的晶体管才由美国德州仪器公司 ( t e x a si n s t r u m e n t s ) 开发成功；约在同时，利用气体扩散来把杂质掺入半导体 的技术也由贝尔实验室与奇异公司研发出来；在1 9 5 7 年底，各界已制造出六百 种以上不同形式的晶体管，使用于包括无线电、收音机、电子计算器甚至助听 器等等电子产品。 早期制造出来的晶体管均属于高台式的结构。1 9 5 8 年，快捷半导体公司 ( f a i r c h i l ds e m i c o n d u c t o r ) 发展出平面工艺技术( p l a n a rt e c h n o l o g y ) ，借着 氧化、黄光微影、蚀刻、金属蒸镀等技巧，可以很容易地在硅芯片的同一面制 作半导体组件。1 9 6 0 年，磊晶( e p i t a x y ) 技术也由贝尔实验室发展出来了。至 此，半导体工业获得了可以批次( b a t c h ) 生产的能力，终于站稳脚步，开始快速 成长。 集成电路就是把许多分立组件制作在同一个半导体芯片上所形成的电路， 早在1 9 5 2 年，英国的杜默( g e o f f r e yw a d u m m e r ) 就提出集成电路的构想。 1 9 5 8 年9 月1 2 日，德州仪器公司( t e x a si n s t r u m e n t s ) 的基尔比( j a c kk i i b y ， 1 9 2 3 ) ，以一块锗作为电阻，再用一块p n 接面做为电容，制造出一个震荡 m i c h a e lr i o r d a na n dl i l l i a nh o d d e s o n 硅晶之火，天下文化。1 9 9 8 ( 2 9 ) 7 第_ 二章集成i 乜路产业发展历程 器的电路，并在1 9 6 4 年获得专利，首度证明了可以在同一块半导体芯片上能包 含不同的组件。1 9 6 4 年，快捷半导体( f a i r c h i l ds e m i c o n d u c t o r ) 的诺宜斯 ( r o b e r tn o y c e ，1 9 2 7 1 9 9 0 ) ，则使用平面工艺方法，即借着蒸镀金属、微影、 蚀刻等方式，解决了集成电路中，不同组件间导线连结的问题。 集成电路的第一个商品是助听器，发表于1 9 6 3 年1 2 月，当时用的仍是双 极型晶体管；1 9 7 0 年，通用微电子( g e n e r a lm i c r o e l e c t r o n i c s ) 与通用器材公 司( g e n e r a li n s t r u m e n t s ) ，解决了硅与二氧化硅界面问大量表面态的问题， 开发出金氧半晶体管( m e t a l o x i d e s e m i c o n d u c t o r ，m o s ) ；因为金氧半晶体 管比起双极型晶体管，功率较低、集积度高，制程也比较简单，因而成为后来 大型集成电路的基本组件。 6 0 年代发展出来的平面工艺，可以把越来越多的金氧半组件放在一块硅芯 片上，_ 从1 9 6 0 年的不到十个组件，倍数成长到1 9 8 0 年的十万个，以及1 9 9 0 年约一千万个，这个每一年半加倍的现象称为摩尔定律( m o o r e sl a w ) ，是摩 尔( g o r d o nm o o r e ) 在1 9 6 5 年的一次演讲中提出的，后来竞成了事实。 在1 9 7 0 年代，决定半导体工业发展方向的，有两个最重要的因素，那就是 半导体内存( s e m i c o n d u c t o rm e m o r y ) 与微处理机( m i c r op r o c e s s o r ) 。在微 处理机方面，1 9 6 8 年，诺宜斯和摩尔成立了英特尔( i n t e l ) 公司，不久，葛 洛夫( a n d r e wg r o v e ) 也加入了，1 9 6 9 年，一个日本计算器公司比吉康 ( b u s i c o m ) 和英特尔接触，希望英特尔生产一系列计算器芯片，但当时任职于 英特尔的霍夫( m a c i a ne h o f f ) 却设计出一个单一可程序化芯片，1 9 7 1 年1 1 月1 5 日，世界上第一个微处理器4 0 0 4 诞生了，它包括一个四位的平行加法器、 十六个四位的缓存器、一个储存器( a c c u m u l a t o r ) 与一个下推堆栈 ( p u s h - d o w ns t a c k ) ，共计约二千三百个晶体管；4 0 0 4 与其它只读存储器、移 位缓存器与随机存取内存，结合成m c s 一4 微电脑系统；从此之后，各种集积度 更高、功能更强的微处理器开始快速发展，对电子业产生巨大影响。三十年后 的今天，英特尔的p e n t i u mi i i 已经包含了一千万个以上的晶体管。 毫无疑问的，内存芯片与微处理器同等的重要，1 9 6 5 年，快捷公司的施密 特( j d s c h m i d t ) 使用金氧半技术做成实验性的随机存取内存。1 9 6 9 年， 英特尔公司推出第一个商业性产品，这是一个使用硅闸极、p 型信道的2 5 6 位 虞有澄( a l b e r ty u ) ，我看英特尔( i n s i d ei n t e l ) ，天下文化，1 9 9 5 ( 7 9 8 2 ) 8 第一二章集成电路产业发展历程 随机存取内存。内存发展过程中最重要的一步，就是1 9 6 9 年，i b m 的迪纳( r h d e n n a r d ) 发明了只需一个晶体管和一个电容器，就可以储存一个位的记忆 单元；由于结构简单，密度又高，现今半导体制程的发展常以动态随机存取内 存的容量为指针。大致而言，1 9 7 0 年就有1 k 的产品；1 9 7 4 年进步到4 k ( 闸极 线宽十微米) ；1 9 7 6 年1 6 k ( 五微米) ；1 9 7 9 年6 4 k ( 三微米) ；1 9 8 3 年2 5 6 k ( 一 点五微米) ；1 9 8 6 年1 m ( 一点二微米) ；1 9 8 9 年4 m ( 零点八微米) ；1 9 9 2 年1 6 m ( 零点五微米) ；1 9 9 5 年6 4 m ( 零点三五微米) ；1 9 9 8 年到2 5 6 m ( 零点二五微米) ， 大约每三年进步一个世代，2 0 0 1 年迈入千兆位大关。 早期世界半导体市场几乎完全由美国厂商独占，直至7 0 年代r 本厂商加入 之后，局面才为之丕变。日本厂商以其优异的质量及皆是大财团的强大财务支 持下逐渐侵蚀市场，到了7 0 年代末期，美国厂商的市场占有率已从原来的1 0 0 ， 下降到6 5 左右，而r 本则上升至2 5 ：8 0 年代中期，日本不但上升至4 6 ，而 且全面攻占了新一代2 5 6 k 的d r a m 市场：美国的占有率则下降至4 3 ，硅谷的厂 商更是惨遭史无i j 例的财务损失。 到9 0 年代初期，日本已稳居全球半导体内存市场的龙头老大，全球占有率 为4 8 ，美国则再下降为3 6 。换言之，自7 0 年代开始，半导体产业的竞争逐 渐转趋激烈，美国不再像过去一样纵横天下、呼风唤雨。 9 0 年代中期，由于美日签订半导体协议，限制了日本半导体输美的数量， 保障了半导体的市场价格，使得南韩在半导体内存市场乘虚而入，经过十多年 的努力，南韩终于取代同本成为半导体内存市场的龙头，不过南韩的强项仅止 于内存。 2 0 0 7 年数据显示，就整体市场产值，以美国为首的北美仍居第一，约占4 7 ， 其次是日本，占2 2 ，日本以外，以南韩、台湾、中国大陆等为主的亚太地区 占2 0 ，最后是欧洲，仅1 1 妒，底下是依厂商别的前2 0 大排名： 虞有澄( a l b e r ty u ) ，i n t e l 创新之秘( c r e a t i n gt h ed i g i t a lf u t u r e ) ，天下文化，1 9 9 9 ( 1 3 1 4 ) l i n s uk i m ， “模仿足为了创新”( i m i t a t i o nt oi n n o v a t i o n ) ，远流，2 0 0 0 ( 1 6 7 - - - 1 9 3 ) “2 0 0 8 半导体产业年鉴”，3 3 9 第二章集成电路产业发展历程 表12 0 0 7 年世界半导体厂商排名 排名公司英文名中文名营业额备注 1i n t e l 英特尔3 4 ，1 4 0美商，c p u 专业领导厂商 2 s a m s u n g三星电子1 7 ，8 9 0韩商综合性财团 3t e x a si n s t r u m e n t 德州仪器1 1 ，5 0 0美商，d s p 专业领导厂商，i c 发明 公司 4t o s h i b a 东芝1 1 4 6 3日商综合性财团 5s tm i c r o e l e c t r o n i c s 意法j 卜导体 1 0 7 1 0欧商，母公司是综合性人企业 6r e n e s a s瑞萨 7 ，8 6 3日商，母公司是综合性财团合资 7 s o n y索尼( 或新7 ，0 5 2日商综合性财团 力) 8 q u a l c o m高通 6 7 1 8 美商，手机芯片专业领导厂商 9 h y n i x海力士6 ，4 1 6韩商，母公司是综合性财团合资 1 0 i n f i n e o n 英飞凌 6 ，3 1 3 德商，母公司是综合性财团 1 1a m d 超微5 ，9 1 0美商，c p u 专业领导厂商 1 2n e c恩益禧 5 ，8 6 1日商综合性财团 1 3f r e e s c a le 飞思卡尔 5 ，2 7 6 美商，母公司是综合性人企业 1 4b r o a d c o m博通 4 ，7 3 6美商，手机芯片专业领导厂商 1 5m a t s u s h it a 松下 4 ，5 4 4 日商综合性财团 1 6m i c r o nt e c h n o l o g y 美光4 ，4 2 2美商，内存芯片专业领导厂商 1 7n x p 恩智浦4 ，3 7 4荷兰商，母公司是综合性大企业 1 8 e l