1、我國IC工業與國外的差距及趕超第2L卷3期半導體雜志1996年9月我國IC工業與國外的差距及趕超一,無蒜.F夠介紹了捌.工業距.包括,腮生工廠,材料和設備等.提出趕超世界先進水平的幾點建議.關鍵詞:差墅,閣TheBackwardnessintheICIndustryofOurCountryascomparewithForeignCountriesandcatchupwithandsurpassadvancedworldlevelsAbsIraclTheBackwardnessintheICinductryofourcountryascomparewithforeingcountriesisin

2、troduced,itconsistofOutput,quality,varietyttechnology.1ineofproduction,investmenttfactory,materialandequiment.Thesuggestionincatchupwithandsurpassadvancedworldlevelsisactvanced.Keywords:IC,backwardnesstinvestment.factoryIc是微電子工業和微電子技術的核心,是電子工業的基礎,是信息產業的糧食,這點越來越被我國有識人士所認識,并開始被黨和國家領導人所認識.經過"六五到八五

3、"期間的投資和建設,目前我國Ic工業已初具規模,初步滿足國內軍民用整機的需要.但是,我國Ic工業與國外先進國家相比還是落后的,筆者認為約落后1520年,主要表現在如下幾個方面.1.起步我國于1965年研制成功第一塊Ic.美國于1958年推出世界第一塊ICC.在Ic起步上我國比美國落后7年,不算太晚.與日本起步的時間相當.韓國70年代中期開始搞Ic,起步比我國晚,但是目前韓國Ic已居世界第3位,僅次于美國,日本.2.第幾代目前我國最高集成度的DRAM是4MDRAM,它是首鋼NEC公司于1994年研制成功,并生產,出口.1993年華晶電子集團公司推出我國第一塊256KDRAM.日本NEC

4、,日立公司于1995年初推出世界第一塊1GDRAM,1996年初日本三菱,韓國三星公司也研制成功1GDRAM,相差4代,若以3年為一代,在DRAM上我國比日本約落后12年.?41?第2l卷3期半導體雜志l996年9月3.產量我國Ic產量達1億塊的時間為1988年,美國為1966年,日本為1968年,在Ic產量上我國比美國,日本約落后2022年19891991年我國Ic產量徘徊在1億塊左右,1989年為1.14塊,1990年為0.9691億塊,1991年為1.29億塊,1992年以后有所提高,1992年為1.42億塊,約滿足國內Ic市場的281993年為1.7億塊,比上年增長20.2,占世界Ic

5、總產量的0.38,銷售額8億元,其中LSI為1573.1萬塊,比上年增長66.6.1994年為2.21億塊,銷售額15億元,約滿足國內Ic市場的22.1995年為4.7億塊,比上年增長112.1,銷售量4.5億塊,比上年增長127.2,總需求量為12億塊.如果90年代Ic按33速度增長,2000年Ic產量將達17.3億塊.電子部規劃2000年Ic產量10億塊,銷售額50億元,總需求量30億塊.4.品種目前我國Ic品種有3000多種,其中以中小規模Ic為主,約滿足國內品種市場的10左右,LSI,VLSI幾乎依賴進口電子部規劃2000年年開發Ic能力500種,品種總數達5000種以上.5.質量目前

6、我國Ic可靠性水平約為1010/小時.60年代末,70年代初,日本民用,工業用Ic質量已達到當時美軍MILHDBK217A要求水平.目前美國,日本Ic可靠性水平達191O-1./,J,時.在Ic可靠性上我國比美國,日本約落后23個數量級.一般來說,Ic可靠性提高一個數量級約需花費5年左右的時間,提高23個數量級,約需1015年.6.批量生產我國批量生產5#m技術產品的時間為1986年,美國和日本約為70年代初,在批量生產5#m技術產品上我國比美國,日本約落后15年左右.我國研制成功64KDRAM(僅僅是樣品)的時間為1986年,美國和日本試制成功64KDRAM的時間為1978年,批量生產的時間

7、為1980年,在批量生產64KDRAM上我國比美國,日本約落后10多年.我國批量生產3/Lm技術產品的時間為1994年,即1993年底華晶電子集團公司建成兩條MOSLSI生產線,這是目前國內白行投資最多,技術水平最高,生產能力最大的LSI生產線,總投資10.43億元,總建筑面積86900平方米,其中MOSLSI生產線耗資7.6億元,超凈廠房每平方米投資3萬元.該生產線可生產3#mIC,后道生產線可封裝2000萬塊,前道生產線月投產45英寸1160圓片,若滿負荷年銷售額3億元.1995年我國批準建設VLSI工程,總投資21.5億元,其中投資14億元,在華晶電子集團公司建一條6英寸0.81.0#m

8、VLSI生產線,月投產6英寸硅圓片1萬片,品種近50種,達產后年銷售額8億元;投資7500萬美元在上海建一個年封裝3.7億塊的上海阿法泰克電子公司.1996年我國又批準建設ULSI工程,投巨資在上海建一條8英寸0.30.5ULSI生產線.日本批量生產0.5/Lm技術產品(16MDRAM)的時間為1993年,據日本"半導體工業資訊調查,1995年6月韓國三星公司16MDRAM月產450萬塊,居世界首位,NEC為350萬塊,東芝為300萬塊,日立為300萬塊,三菱為200萬塊,德州儀器為200萬塊,現代電子為150萬塊,LG半導體為100萬塊,富士通為100萬塊,沖電氣為50萬塊.?42

9、?第21卷3期半導體雜志1996年9月7.市場占有率1995年我國Ic產量4.7億塊,占世界Ic總產量的0.30.4,目前我國Ic產值占世界Ic總產值的0.3.近年來,我國每年要進口數十億塊IC,占同期國內Ic市場需求量的8085.據日本電波新聞報道,1995年世界Ic市場1464.28億美元,比上年增長43.7,其中美國占40,日本占39,亞太地區占12,歐洲占9.在Ic市場占有率上我國比美國,日本約差2個數量級.8.工藝1996年初清華大學通過"1,umVLSI專用Ic工藝技術研究"的驗收,批成品率達7.2,并實現向華晶公司的轉移,這是我國首例自行開發1.5,um成套工

10、藝技術向Ic工業界的成功轉移,它包括2,umN阱,P阱和準雙阱CMOS工藝,雙層多晶硅工藝,雙層鋁布線工藝,1.2,umN阱CMOS工藝,EEPROM工藝,高低壓混合CMOSIC工藝,低漏電器件工藝等9種工藝模塊技術,應用該技術已研制成功1.2,umN阱CMOS萬門門陣列和3種1.5,umRISC應用電路口.1995年11月中科院微電子中心通過IC0.8,um成套工藝預研"和"IC0.5,um基礎工藝預研"的驗收,應用IC0.8,um工藝研制成功模糊控制ASIC,平均中測成品率30,最高片成品率50,該工藝技術已達到可向IC工業界生產轉移的水平.IC0.5t.tm

11、基礎工藝預研解決了抗蝕劑工藝和鄰近效應對亞微米圖形加工的影響問題,獲得深亞微米級和納米圖形的光刻結果,其中93nm圖形高寬比為24達國際先進水平.1991年日本日立公司研制成功64MDRAM,加工線寬0.3t.tm,芯片面積197.5ram,集成度1.4×10.個元器件.1992年日本富士通公司推出256MDRAM,加工線寬0.2,um,芯片面積400mm,集成度5.6X10.個元器件.1995年日本NEC,日立公司同時推出1GDRAM,加工線寬0.25/0.16m+芯片面積956/715ram".在Ic加工線寬上,我國比日本落后一個數量級.9.生產線據中國半導體行業協會和

12、電子部計算機與微電子發展研究中心統計,按1995年Ic銷售額(含IC成品和芯片出口)國內前6名企業:(1)首鋼NEC公司為9.14億元,利稅2.68億元,1994年投資260億日元建成月產5000片1.2#m6英寸Ic生產線,1995年前工序投片2.8萬片,綜合合格率92.2,后工序產量4300萬塊,成品率99以上,1996年再投資120億日元興建0.5,urn6英寸Ic生產線,前工序生產線提高到月產8000片,后工序生產線提高到年產8000萬塊.(2)天津摩托羅拉公司為8.57億元,它是一家獨資企業,1995年再增資7.2億美元,在中國總投資額將達1o億美元,建一個亞微米8英寸前道生產線,占

13、地30多萬平方米,1998年竣工,每星期投產3000片.(3)華晶公司為5.715億元,產量6324.3萬塊,比上年增長11.9,1985年建成5,urn3英寸雙極Ic生產線,1990年改造成3,urn5英寸雙極Ic生產線,年生產能力5000萬塊,1993年建成23t.tm5英寸CMOSIC生產線.(4)上海貝嶺微電子公司為4.280億元,利潤1.3億元,產量2480萬塊,1989年建成年產2000萬塊2.43/.tin4英寸Ic生產線,1995年又建成1.2,um大規模Ic生產線,同年研制成功1.2,um太規模程控交換機電路,19962000年將投資40億元,興建0.5,um生產線,年產硅圓

14、片l2萬片.(5)上海先進半導體公司為2.436億元,利潤519萬元,產量5英寸圓片11.84萬片,創匯3000萬美元,1992年投資5220萬美元建成年產7000萬塊?43?第21卷3朔半導體雜志1996年9月3,urn4英寸Ic生產線,1995年增加5英寸生產線能力,1996年增資2億美元,興建一條6英寸0.8l#m生產線,年產20萬片硅圓片.(6)華越微電子公司為0.869億元,利潤629萬元,產量3205萬塊,出口創匯300萬美元,1986年建成年產550萬塊5#m3英寸生產線,1992年建成4英寸前道生線.上述6家公司Ic銷售總額約占全國Ic工業銷售額的92.29目前國外正在加緊建設

15、8英寸圓片生產線,據經濟日報駐聯合國記者張芝年報道,19951996年世界上已經或計劃開工的IC工廠多達90個,總投資750多億美元,超過8o年代半導體工業投資的總和.目前約有40座投資10億美元以上的半導體工廠正在建設或設計中,其中美國占18座,日本占10座.韓國計劃在l9951998年投資455億美元用于生產線擴大再生產.臺灣準備在未來5年中,投資】l5.3億美元,在臺灣新竹工業園區陸續興建10條以上8英寸圓片生產線.10.中試線目前國內建成的半導體中試線有:華晶電子集團公司中央研究所23和1pm中試線,1995年1月研制出我國第一塊標準1mIC產品,同年6月推出DSP高速數字信號處理電路

16、清華大學微電子學研究所11.5#m中試線,1990年研制成功IM漢字只讀存貯器,40ram.芯片上集成106萬個元器件,使我國微電子技術首次達到1級水平,跨上VLSI臺階.電子部沈陽47所1.5中試線.電子部214所3,umASIC中試線.中科院上海冶金所lm中試線,創建l,um雙層金屬布線雙阱CMOSIC制造技術,2雙極CMOS混臺制造技術,2,um高速雙極工藝.中科院微電子中心0.81.2中試線,開發成功0.8/0.6岬試驗電路,2m雙層布線的16×16位乘法器,0.8pm全套工藝預研.國外積極建設ULSI中試線,例如日本三菱電機公司在兵庫縣伊丹市LSI研究所建成世界第一流ULS

17、I研究開發樓,建筑面積21000平方米,其中凈化面積5000平方米,凈化室最高凈化等級為0.1級,恒溫精度±0.1該中試線具有可加工0.35#m8英寸圓片的制造設備和開發0.25#m的關鍵技術.該樓還有超凈空氣,超純水,超純氣體供應.超純水微粒小于1個/m|(0.05m),超純空氣塵埃小于1個/d(0.05/m),超凈氣體純度>99.999999.l1.投資據統計,迄今為止我國Ic工業總投資才5o億元_1,而美國,日本一年對IC的投資達幾十億美元,例如美國Intel公司是世界十大半導體公司的臺柱,1995年銷售額達138.28億美元,1990l994年半導體設備投資額達

18、70億美元,其中1994年為24億美元.日本1l大半導體公司1995年半導體設備投資為1.147萬億日元,占同年生產額的19.9,1995年半導體設備投資額超過1000億日元的有5個大公司,即NEC,富士通,日立,東芝和三菱電機公司韓國三大半導體公司對半導體設備投資也不遜色,1994年投資2.62萬億韓元,1995年為4.8萬億韓元,l996年為4.5萬億韓元.臺灣從l994年起在5年內將投資115.3億美元,興建10條以上8英寸圓片生產線由此可見,我國Ic工業長期處于投資不足的惡境,這是導致我國IC工業與國外差距拉大的首要原因.12.廠點布局經競爭和調整,我國現有Ic科研,生產單位40多家,

19、其中主要生產單位15家,其中5家為骨干企業,從事Ic研究和設計單位25家,職工3.5萬人,其中技術人員約5000人.國外IC有大公司而且集中,美國有13大半導體公司,包括先進微器件,模擬器件,Cypress,?44?第21卷3期半導體雜志1996年9月IDT,英特爾,LSI邏輯,微技術,摩托羅拉,國家半導體,Siliconix,德州儀器(TI),VLSI技術,惠斯頓數字等,其中英特爾,摩托羅拉,撼州儀器分別居1995年世界十大半導體公司第1,5,7名.Et本有10大半導體公司,包括NEC,東芝,Et立,三菱電機,富士通,松下電子,三洋電機,夏普,沖電氣,索尼等,其中NEC,東芝,日立,富士通,

20、三菱電機分別居1995年世界lo大半導體公司第3,4,5,8,9名韓國也有3大半導體公司,包括三星,現代,LG半導體,其中三星居1995年世界10大半導體公司第6名.我國Ic廠點分散,投資不集中是導致我國Ic工業與國外差距拉大的次要原固.經調整,我國Ic廠點漸趨合理,初步形成南北兩大基地,北方基地包括首鋼NEC骨干企業,中科院微電子中心,清華大學微電子中心,北京燕東微電子聯合公司和天津摩托羅拉公司等.南方基地包括華晶電子集團公司,上海貝嶺微電子公司,上海先進半導體公司,華越微電子公司等骨干企業和中科院上海冶金所,近年又興起一批新Ic企業,如上海阿法泰克電子公司,上海松下半導體公司,英特爾上海I

21、c公司,三星電子蘇州半導體公司等.上海阿法泰克電子公司是上海華旭微電子公司與泰國阿法泰克電子公司,美國瑪爾科羅切普技術公司組成的合資企業,總投資7500萬美元,1996年投資,3年后產量3.7億塊,1999年出口額9000萬美元.上海松下半導體公司是上海華旭微電子公司與日本松下電器產業,Et本松下電子工業公司組成的合資企業,總投資2900萬美元,年產2640萬塊,年銷售額4600萬美元,1996年投產.英特爾上海Ic公司,1995年美國英特爾公司投資3000萬美元興建一座1c封裝測試廣,1997年投產,由此可見,上海將成為我國Ic的重要生產基地1.三星電子蘇州半導體公司是韓國三星電子公司在蘇州

22、的獨資企業,先投資1億美元,初期月產量Z000萬塊,以后每年以2倍速度遞增,1995年投產電子部11設計院付院長趙振元建議",除建設上述南北兩大基地外,還建設華南基地,以深圳,廣州,香港為中心,深圳賽格高技術投資股份有限公司與意法半導體公司臺資成立賽意法半導體公司,總投資7700萬美元,日產100萬塊IC,3年后年銷售額達5億元.13.材料與設備材料與設備是Ic的兩大基礎,我國Ic用材料與設備是薄弱環節,主要原材料及設備幾乎依賴進口.但是,經過幾年的努力,我國原材料及設備有較大的進展和突破,例如北京有色金屬研究院于1992年拉出我國第一根6英寸硅單晶,1995年8月29日又拉出我國第

23、一根8英寸硅單晶口.該院6英寸硅單晶拋光片中試線已投產,生產能力10萬片,總厚度偏差<3m,局部表面平整度為0.81.0A(15×l5ram),表面顆粒度l0個/片(0.2m)0.電子部46所于1995年完成"電子信息材料分析與檢測技術研究"的課題,它是為配合"Ic用關鍵材料研究"而設置,其中鍵合金墼分析技術使國產鍵臺金墼拉制長度從來的幾百米增加到幾萬米0.又例如電子部45所于1994年推出BG一101J型分步光刻機,并達實用化,極限分辨率0.8m,生產分辨率1.25m,套刻精度優于士0.5,能滿足23,am多品種,小批量Ic生產

24、.該所于1994年研制成功BG-703型雙面對準曝光機.中科院光電技術研究所于1993年推出1.52.0m實用型直接分步光刻機,實用分辨率優于1.5m,成品率優于50口.長沙半導體工藝設備研所于1994年完成LD4型多離子束共濺射鍍膜設備,具有5個離子束共濺射淀積和6個離子束濺射淀積功能0.清華大學微電子所于1995年推出RI-IT系列半導體熱處理設備.北京建中機器廠于1995年研?45?第2l卷3期半導體雜志制成功用于IItmIC生產的關鍵設備RIE,PECVD,PLCVD,以及用于3ptmIC生產的RIE,擴散爐系統和4探針測試儀.北京Ic測試技術中心于1995年通過Ic測試程序的鑒定,庫

25、中有CPU及微控制類,存貯器類,通信處理與接口類,通信數據混合類,A/D,D/A類等l0多類共1000多個測試程序,覆蓋國內常用Ic的主要類別.中科院半導體所于1995年完成數模混合測試系統,采用獨特的邊沿時序存貯式多路時鐘發生器的新結構,最長定時優于l小時,多相時鐘發生器定時分辨率0.2ns口.國外已能供應制造VLSI,ULSI的全部材料和設備.目前美國,日本已推出0.50.35ptm8英寸圓片的整套半導體設備,下一步重點開發0.20.1m12英寸圓片的整套半導體設備.從上述分析可知,我國Ic與國外的差距是客觀存在的,以第一塊Ic為基準,差距從7年逐漸擴大到現在的1520年,要想縮小這個差距

26、,甚至趕上,唯一辦法是加快速度.如果我國Ic發展速度低于或等于國外先進國家的發展速度,則永遠趕不上人家,還會繼續拉大差距.若我們采用中國電子科學研究院冷長庚提出的追趕方程,S./(V一V),式中X為需要趕上的時間(年),S.為存在的差距(年),為我國Ic發展速度,為國外先進國家Ic的發展速度.當我國Ic與國外差距為1520年時,通過計算,我國趕上國外先進國家的時間由表l所示.據國外統計和預測,世界Ic工業的年增長率為:6o年代為l6,70年代為15,80年代為13,90年代將增至19口.據我國有關部門統計和預測,近l0年我國Ic以平均24的年增長率發展,我國90年代Ic增長速度為33,即我國I

27、c增長速度是國外的1.74倍,則我國需2027年才可趕上世界水平.若按1995年我國Ic產量比上年增長112.1速度計算,1995年世界半導體市場為1464.28億美元,增長率為43.7,即我國Ic增長速度是國外的2.56倍,則我國只需68年就可趕上世界水平,但是一直要保持這種超高速度發展是不容易的,也是不現實的.表1差距l5年差距2O年yy永遠趕不上永遠趕不上V6=2y15年2O年V6=1.742O年27年V51.51/3O年4O年V5=1.3V5O年67年要保持我國Ic工業以年均30以上的速度向前發展,在戰略上必須采取"不斷跟蹤,尋找捷徑,突破缺口,迎頭趕上",必須正視

28、目前存在的差距,有信心,有決心趕上和超過世界先進水平,韓國已經做到了,成為世界Ic第三強國,臺灣正在努力做,2000年有望成為世界Ic第四基地.美國靠軍工起家,成為世界第一強國,技術上以科技先導,生產上以軍工帶動.日本靠民用起家,成為世界Ic第二大國,技術上以引進趕超,生產上以民用帶動.韓國靠出口起家,技術上以跨越發展,生產上以出口導向.臺灣靠封裝起家,技術上以引進加自主,生產上以出口加自用我國靠什么起家呢?應靠市場起家,市場需要什么就搞什么,技術上以引進趕超,企業上以合資發展,生產上以規模建設.在戰術上必須采取"八大"方針,即大認識,大政策,大投資,大公司,大聯合,大開發

29、,大生產,大應用.(1)大認識是先導,上至黨和國家領導人,中至電子部部長,司局級干部,下至公司總經理,都要提高認識,把Ic工業的重要性提高到國家意識的高度來認識,提高到與國家安危切切相關的高度來認識,提高到能否自立于世界的高度來認識,提?46?第21卷3期半導體雜志996年9月高到作為一項國策的高度來認識,只有這樣我國才會花大力氣來狠抓Ic工業.(2)大政策是法寶,美國,日本,韓國和臺灣都對Ic工業實行傾斜政策,我國應制定Ic工業振興法,應制定一系列Ic工業的方針,政策,應制定Ic工業的近期,中期,遠期規劃.目前我國正在加速起草Ic工業振興法和半導體Ic保護條例(3)大投資是關鍵,美國,日本,韓國和臺灣都舍得花錢投資,我國要象鋼鐵,能源,化工那樣規模的投資,花上幾十億,幾百億投資來振興我國Ic工業,否則是一句空話,因為興建一座8英寸圓片工廠至少10億美元.看來我國批準ULSI工程是新的起步,投資×××億元,工藝上達到0.50.3岬,生產上達規模生產.(4)大公司是希望,提高大生產只有大公司來承擔,目前我國Ic的年產量只及國外一個工廠的產量.我國應建一,二個中國的英特爾,NEC,東芝,三星(5)大聯合是方向,目前國外搞聯合是潮流,包括企業,資金,技術的聯合.我國Ic骨干企業應與國外大公司搞聯合,搞合作,搞合資,這或許