半导体技术发展
半导体技术发展范文第1篇
在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅和金刚石等称为第三代半导体材料。本文介绍了三代半导体的性质比较、应用领域、国内外产业化现状和进展情况等。
关键词
半导体材料;多晶硅;单晶硅;砷化镓;氮化镓
1前言
半导体材料是指电阻率在107Ωcm10-3Ωcm，界于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料[1]，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。电子信息产业规模最大的是美国和日本，其2002年的销售收入分别为3189亿美元和2320亿美元[2]。近几年来，我国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，2002年销售收入以1.4亿人民币居全球第3位，比上年增长20，产业规模是1997年的2.5倍，居国内各工业部门首位[3]。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。
半导体材料的种类繁多，按化学组成分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体;按组成元素分为一元、二元、三元、多元等;按晶态可分为多晶、单晶和非晶;按应用方式可分为体材料和薄膜材料。大部分半导体材料单晶制片后直接用于制造半导体材料，这些称为“体材料”;相对应的“薄膜材料”是在半导体材料或其它材料的衬底上生长的，具有显著减少“体材料”难以解决的固熔体偏析问题、提高纯度和晶体完整性、生长异质结，能用于制造三维电路等优点。许多新型半导体器件是在薄膜上制成的，制备薄膜的技术也在不断发展。薄膜材料有同质外延薄膜、异质外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。
在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓、砷化铟、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料[4]。上述材料是目前主要应用的半导体材料，三代半导体材料代表品种分别为硅、砷化镓和氮化镓。本文沿用此分类进行介绍。
2主要半导体材料性质及应用
材料的物理性质是产品应用的基础，表1列出了主要半导体材料的物理性质及应用情况[5]。表中禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短蓝光发射;禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。
硅材料具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点，处在成熟的发展阶段。目前，硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料，95以上的半导体器件和99以上的集成电路ic是用硅材料制作的。在21世纪，可以预见它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。
砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高频、高速和光电性能，并可在同一芯片同时处理光电信号，被公认是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展，砷化镓成为继硅之后发展最快、应用最广、产量最大的半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用日益广泛，并占据不可取代的重要地位。
gan材料的禁带宽度为硅材料的3倍多，其器件在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面具有远比硅器件和砷化镓器件更为优良的特性，可制成蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件。近年来取得了很大进展，并开始进入市场。与制造技术非常成熟和制造成本相对较低的硅半导体材料相比，第三代半导体材料目前面临的最主要挑战是发展适合gan薄膜生长的低成本衬底材料和大尺寸的gan体单晶生长工艺。
主要半导体材料的用途如表2所示。可以预见以硅材料为主体、gaas半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为集成电路及半导体器件产业发展的主流。
3半导体材料的产业现状
3.1半导体硅材料
3.1.1多晶硅
多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原料，主要生产方法为改良西门子法。目前全世界每年消耗约18000t25000t半导体级多晶硅。2001年全球多晶硅产能为23900t，生产高度集中于美、日、德3国。美国先进硅公司和哈姆洛克公司产能均达6000t/a，德国瓦克化学公司和日本德山曹达公司产能超过3000t/a，日本三菱高纯硅公司、美国memc公司和三菱多晶硅公司产能超过1000t/a，绝大多数世界市场由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求为22000t，达到峰值，随后全球半导体市场滑坡;2001年多晶硅实际产量为17900t，为产能的75左右。全球多晶硅市场供大于求，随着半导体市场的恢复和太阳能用多晶硅的增长，多晶硅供需将逐步平衡。
我国多晶硅严重短缺。我国多晶硅工业起步于50年代，60年代实现工业化生产。由于技术水平低、生产规模太小、环境污染严重、生产成本高，目前只剩下峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂2个厂家生产多晶硅。2001年生产量为80t[7]，仅占世界产量的0.4，与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急剧增加极不协调。我国这种多晶硅供不应求的局面还将持续下去。据专家预测，2005年国内多晶硅年需求量约为756t，2010年为1302t。
峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂1999年多晶硅生产能力分别为60t/a和20t/a。峨嵋半导体材料厂1998年建成的100t/a规模的多晶硅工业性生产示范线，提高了各项经济技术指标，使我国拥有了多晶硅生产的自主知识产权。该厂正在积极进行1000t/a多晶硅项目建设的前期工作。洛阳单晶硅厂拟将多晶硅产量扩建至300t/a，目前处在可行性研究阶段。
3.1.2单晶硅
生产单晶硅的工艺主要采用直拉法cz、磁场直拉法mcz、区熔法fz以及双坩锅拉晶法。硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业，在国际市场上产业相对成熟，市场进入平稳发展期，生产集中在少数几家大公司，小型公司已经很难插手其中。
目前国际市场单晶硅产量排名前5位的公司分别是日本信越化学公司、德瓦克化学公司、日本住友金属公司、美国memc公司和日本三菱材料公司。这5家公司2000年硅晶片的销售总额为51.47亿元，占全球销售额的70.9，其中的3家日本公司占据了市场份额的46.1，表明日本在全球硅晶片行业中占据了主导地位[8]。
集成电路高集成度、微型化和低成本的要求对半导体单晶材料的电阻率均匀性、金属杂质含量、微缺陷、晶片平整度、表面洁净度等提出了更加苛刻的要求详见文献[8]，晶片大尺寸和高质量成为必然趋势。目前全球主流硅晶片已由直径8英寸逐渐过渡到12英寸晶片，研制水平达到16英寸。
我国单晶硅技术及产业与国外差距很大，主要产品为6英寸以下，8英寸少量生产，12英寸开始研制。随着半导体分立元件和硅光电池用低档和廉价硅材料需求的增加，我国单晶硅产量逐年增加。据统计，2001年我国半导体硅材料的销售额达9.06亿元，年均增长26.4。单晶硅产量为584t，抛光片产量5183万平方英寸，主要规格为3英寸6英寸，6英寸正片已供应集成电路企业，8英寸主要用作陪片。单晶硅出口比重大，出口额为4648万美元，占总销售额的42.6，较2000年增长了5.3[7]。目前，国外8英寸ic生产线正向我国战略性移动，我国新建和在建的f8英寸ic生产线有近10条之多，对大直径高质量的硅晶片需求十分强劲，而国内供给明显不足，基本依赖进口，我国硅晶片的技术差距和结构不合理可见一斑。在现有形势和优势面前发展我国的硅单晶和ic技术面临着巨大的机遇和挑战。
我国硅晶片生产企业主要有北京有研硅股、浙大海纳公司、洛阳单晶硅厂、上海晶华电子、浙江硅峰电子公司和河北宁晋单晶硅基地等。有研硅股在大直径硅单晶的研制方面一直居国内领先地位，先后研制出我国第一根6英寸、8英寸和12英寸硅单晶，单晶硅在国内市场占有率为40。2000年建成国内第一条可满足0.25μm线宽集成电路要求的8英寸硅单晶抛光片生产线;在北京市林河工业开发区建设了区熔硅单晶生产基地，一期工程计划投资1.8亿元，年产25t区熔硅和40t重掺砷硅单晶，计划2003年6月底完工;同时承担了投资达1.25亿元的863项目重中之重课题“12英寸硅单晶抛光片的研制”。浙大海纳主要从事单晶硅、半导体器件的开发、制造及自动化控制系统和仪器仪表开发，近几年实现了高成长性的高速发展。
3.2砷化镓材料
用于大量生产砷化镓晶体的方法是传统的lec法液封直拉法和hb法水平舟生产法。国外开发了兼具以上2种方法优点的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸气压控制直拉法，成功制备出4英寸6英寸大直径gaas单晶。各种方法比较详见表3。
移动电话用电子器件和光电器件市场快速增长的要求，使全球砷化镓晶片市场以30的年增长率迅速形成数十亿美元的大市场，预计未来20年砷化镓市场都具有高增长性。日本是最大的生产国和输出国，占世界市场的7080;美国在1999年成功地建成了3条6英寸砷化镓生产线，在砷化镓生产技术上领先一步。日本住友电工是世界最大的砷化镓生产和销售商，年产gaas单晶30t。美国axt公司是世界最大的vgf
gaas材料生产商[8]。世界gaas单晶主要生产商情况见表4。国际上砷化镓市场需求以4英寸单晶材料为主，而6英寸单晶材料产量和市场需求快速增加，已占据35以上的市场份额。研制和小批量生产水平达到8英寸。
我国gaas材料单晶以2英寸3英寸为主，
4英寸处在产业化前期，研制水平达6英寸。目前4英寸以上晶片及集成电路gaas晶片主要依赖进口。砷化镓生产主要原材料为砷和镓。虽然我国是砷和镓的资源大国，但仅能生产品位较低的砷、镓材料6n以下纯度，主要用于生产光电子器件。集成电路用砷化镓材料的砷和镓原料要求达7n，基本靠进口解决。
国内gaas材料主要生产单位为中科镓英、有研硅股、信息产业部46所、55所等。主要竞争对手来自国外。中科镓英2001年起计划投入近2亿资金进行砷化镓材料的产业化，初期计划规模为4英寸6英寸砷化镓单晶晶片5万片8万片，4英寸6英寸分子束外延砷化镓基材料2万片3万片，目前该项目仍在建设期。目前国内砷化镓材料主要由有研硅股供应，2002年销售gaas晶片8万片。我国在努力缩小gaas技术水平和生产规模的同时，应重视具有独立知识产权的技术和产品开发，发展我国的砷化镓产业。
3.3氮化镓材料
gan半导体材料的商业应用研究始于1970年，其在高频和高温条件下能够激发蓝光的特性一开始就吸引了半导体开发人员的极大兴趣。但gan的生长技术和器件制造工艺直到近几年才取得了商业应用的实质进步和突破。由于gan半导体器件在光电子器件和光子器件领域广阔的应用前景，其广泛应用预示着光电信息乃至光子信息时代的来临。
2000年9月美国kyma公司利用aln作衬底，开发出2英寸和4英寸gan新工艺;2001年1月美国nitronex公司在4英寸硅衬底上制造gan基晶体管获得成功;2001年8月台湾powdec公司宣布将规模生产4英寸gan外延晶片。gan基器件和产品开发方兴未艾。目前进入蓝光激光器开发的公司包括飞利浦、索尼、日立、施乐和惠普等。包括飞利浦、通用等光照及汽车行业的跨国公司正积极开发白光照明和汽车用gan基led发光二极管产品。涉足gan基电子器件开发最为活跃的企业包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。
目前，日本、美国等国家纷纷进行应用于照明gan基白光led的产业开发，计划于2015年-2020年取代白炽灯和日光灯，引起新的照明革命。据美国市场调研公司strstegiesunlimited分析数据，2001年世界gan器件市场接近7亿美元，还处于发展初期。该公司预测即使最保守发展，2009年世界gan器件市场将达到48亿美元的销售额。
因gan材料尚处于产业初期，我国与世界先进水平差距相对较小。深圳方大集团在国家“超级863计划”项目支持下，2001年与中科院半导体等单位合作，首期投资8千万元进行gan基蓝光led产业化工作，率先在我国实现氮化镓基材料产业化并成功投放市场。方大公司已批量生产出高性能gan芯片，用于封装成蓝、绿、紫、白光led，成为我国第一家具有规模化研究、开发和生产氮化镓基半导体系列产品、并拥有自主知识产权的企业。中科院半导体所自主开发的gan激光器2英寸外延片生产设备，打破了国外关键设备部件的封锁。我国应对大尺寸gan生长技术、器件及设备继续研究，争取在gan等第三代半导体产业中占据一定市场份额和地位。
4结语
不可否认，微电子时代将逐步过渡到光电子时代，最终发展到光子时代。预计到2010年或2014年，硅材料的技术和产业发展将走向极限，第二代和第三代半导体技术和产业将成为研究和发展的重点。我国政府决策部门、半导体科研单位和企业在现有的技术、市场和发展趋势面前应把握历史机遇，迎接挑战。
参考文献
[1]师昌绪.材料大辞典[m].北京化学工业出版社，19941314
[2]http//bjjc.org.cn/10zxsc/249.htm.我国电子信息产业总规模居世界第三.北方微电子产业基地门户网
[3]蓬勃发展的中国电子信息产业.信息产业部电子信息产品管理司司长张琪在“icchina2003”上的主题报告
[4]梁春广.gan-第三代半导体的曙光.新材料产业，2000，53136
[5]李国强.第三代半导体材料.新材料产业，2002,61417
[6]万群，钟俊辉.电子信息材料[m].北京冶金工业出版社，199012
[7]中国电子工业年鉴编委会.中国电子工业年鉴2002[m].
半导体技术发展范文第2篇
3.1 系统驱动和设计
在ITRS 2008年更新的“设计”和“系统驱动”中,我们专注于下面描述的几个选定的关键信息和更新内容。
首先,我们已经确认了软件作为半导体产品的不可或缺的组成部分,软件设计生产率作为整体设计生产率的关键驱动因素。我们将在表中加入系统级设计的几行数据,并且强调生产率的增长只有在大量地使用专用的多核架构时,才能使生产率持续增长。
我们已经开始分析哪一种专有设计技术能够实现可行的制造技术控制需求,例如CD控制,以及控制的程度,并预期这个影响分析能够在次年完成。
关键的系统驱动因素(MPU、消费移动电子产品、消费固定电子产品等),已经在2008年进行了精度和完整性方面的更新,但是没有主要的变化。在2009年及以后,我们将继续扩展基于关键市场(例如医疗电子和汽车电子产品)的系统驱动因素。我们也对特定的技术需求,例如高性能产品的栅长,进行了3年1周期的专门的初步影响分析,包括对我们系统驱动的影响。预计对驱动因素的影响很小,或者有可能根本不相关。
对特定的驱动因素(消费电子产品),我们改进了对功率的建模,以更加现实地反映动态功耗的路线图。结果是存储器动态功率大约要比以前的建模结果小一个数量级。我们也开始寻找新的关键驱动需求,包括对它们的可行性颜色的设置(例如,红色表明对便携式设备其功率超过极限1瓦)。对未来的驱动因素,我们将考虑增加便携式消费电子产品驱动因素中的RF/模拟/混合信号成分,并且可能会增加新的“无线”驱动因素,或扩展现有的驱动因素。
在“More than Moore”方面,正在开发一套新的设计需求和解决方案,着重考虑了新的功能多样化的趋势。特别地,正在开发一套新的与系统级封装集成相关的系统驱动参数,并且可能在2009版ITRS中进行部署。
最终,在ITRS“设计”和“系统驱动”这两章中,能量因子对设计技术的直接影响越来越大,这个趋势在几年前就开始了。功耗已经成为了芯片设计的一级限制因素,我们已经将其确定为过去5年之内最为困难的3个挑战之一。漏电流功耗,包括它的离散性,也成为未来15年内显著的长期威胁和关注焦点。与能耗相关的挑战是基于世界范围内越来越广泛应用的IT设备。
3.1.1 系统驱动
SOC消费电子驱动的设计生产率趋势如表SYSD2。
3.1.1.1 SOC便携式消费电子功耗趋势
尽管设计复杂度是一个重要的趋势,功耗也是SOC-便携式消费电子芯片设计的关键因素。图SYSD6显示了总的芯片功率的趋势,使用来自于“PIDS”一章的晶体管性能参数,“互连”一章中的“互连技术需求表”中的互连性能参数,以及上面表SYSD2的电路复杂度参数。我们注意到了以下要点:
这里应用的模型是简单地由现有的技术外推得来,这样,得到的功耗水平要远远超过需求。
“设计”这一章中讨论了可能的解决方案。对便携式消费电子SOC的特殊的解决方案包括基于功耗分析和定制化的PE实现的高层次设计阶段的架构优化。
由于电源电压在未来的非连续性变化,逻辑开关(即动态)动态功耗也在2011年-2012年、2014年-2015年、2017年-2018年、2019年-2020年等期间表现出时上时下的变化。
3.1.1.2 SOC固定消费电子产品(SOC-CS)驱动因素
SOC-CS(comsumer stationary,固定消费电子产品)是一个能够代表SOC设计的驱动因素,它包括了数字消费电子设备的很广泛的一系列应用,包括高端游戏机,和那些通常在非移动环境下使用的设备。这类设备的一些关键特征如下:
处理性能是最重要的区分因素。如图SYSD9所示,在2022年需要的处理性能将达到70TFlops以上。
由于功能主要由软件来实现,因此需要较高的处理能力,所以这个SOC必须具有很多数据处理引擎(Data processing engine,DPE)。
和SOC便携式消费品门类相比,在单位功耗的性能方面要逊色一些,但是在功能的灵活性方面(也即增加或修改功能方面)要更强一些。
由于增加或修改功能比较容易,SOC固定式消费电子的产品寿命相对较长,这是由于它比较容易增加或修改功能,因此应用的领域比较广。
3.1.1.3 SOC固定式消费电子性能趋势
SOC固定式消费电子驱动的处理性能可以假设为:处理性能的提高将和器件性能和SOC中DPE数的乘积成正比。图SYSD10显示了固定式消费电子处理性能的趋势。处理性能的需求将在未来的15年之内增长250倍以上。实现需要的性能的重要的可能解决方案包括最大化提升器件性能的各种各样的设计技术(特别是在逻辑电路和物理设计阶段)。自动化的设计方法,例如高层次综合,当然也是很重要的。
“系统驱动”图表更新
3.1.1.4 SOC消费电子便携式(SOC-CP)驱动
3.1.2 设计
3.1.2.1 技术改善的小结
3.1.2.2 设计的困难和挑战
横向挑战1-设计生产率(design productivity)为避免设计成本的指数增长,片上的功能设计生产率的整体增长率一定要大于每个技术代两倍。设计、验证和测试的复用能力(包括移植和模拟/混合信号以及射频设计的核的复用)也必须以大于每个技术代两倍的速度增长。有关需要包括:(1)验证,现在已是一个关键瓶颈,甚至达到了危机的程度;(2)支持更高层次的系统设计交付的、可靠的和可预测的硅实现组件;(3)嵌入式软件设计,对于SOC生产率来说它已经成为最关键的挑战;(4)特别是对MPU设计环境,大型的、人员分布广泛的设计组织使用不同来源的设计工具,生产率的提高是一个挑战;(5)模拟和混合信号的设计和测试的自动化设计方法,这些也是SOC和AMS系统驱动的要求。这些改进将需要归一化的设计质量标准作为设计质量、一次性设计工程成本、一次性制造工程成本、可变制造成本、以及半导体产品价值的量度指标。诸如稳定性、可预测性和互用性等设计技术质量指标也必须同时发展和改进。新的设计技术的上市时间也必须加快,例如使用能提高协同工作能力和设计技术复用的标准和平台。
横向挑战2-电源管理(power management)平面CMOS器件的非理想比例缩小,以及互连材料和封装技术的发展路线图,对功率管理和电流输送提出了多种挑战,主要内容包括:(1)“系统驱动”一章中提到的MPU和便携式消费电子驱动要求在逻辑电路规模和吞吐率呈指数增加的情况下,活动功耗和待机功耗保持平稳。设计技术必须要解决功耗管理的差距。(2)随着功率密度不断地增加,可靠性和性能受热影响会变得更差;而不断减小的电源电压,将使开关电流和噪声变得更加恶化。这些趋势将给芯片上的互连资源(例如:在路线图“装配和封装”一章中控制IR压降、焊凸的量和钝化层窗口的大小)、自动测试设备极限、甚至老化的方法带来压力。(3)将高性能、低运行功耗、低待机功耗等优势集成在一起,要求进行功耗优化,同时从各个方面采取措施; 包括在一个核内同时使用多个不同的Vt、Tox和Vdd;而在结构、操作系统和应用软件层次也同时使用了另外的功耗优化方法。(4)漏电流功耗随关键工艺参数(如栅长、氧化层厚度和阈电压等)的变化而指数性地变化;这给按比例缩小和离散性控制带来了严峻的挑战。
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横向挑战3-可制造性“红色壁垒”――根本不知道是否能解决的技术需求,在路线图中将变得越来越普遍。另一方面,一些挑战在路线图中单个技术领域难以解决,但如果和设计技术合作则有可能解决,或者解决得更划算。设计部门和其它有关制造部门得当联系和合作,推动了可制造性技术的发展,为此路线图在设计技术别安排了单独的可制造性设计一节内容。的确,未来技术是否可行将更取决于在这方面的通信,联系。下面是几个例子:(1)更快地采用新的故障模型(例如:串扰,路径延迟),加上相应的自动测试向量生成(ATPG)和内建自测试(BIST)技术,可能解决测试设备成本和速度面临的限制;(2)使用管芯-封装-板级协同优化和分析,再加上针对系统级封装(SIP)的设计技术,可能减少系统实现成本,增强性能验证,缩短设计开发时间TAT(turn around time);(3)使用针对工艺离散性进行修正的设计技术(例如:考虑到离散性的电路设计,规整性的布图设计,时序结构优化,静态性能验证) 可能放松对光刻工艺中关键尺寸控制的要求,对PIDS(工艺集成、器件和结构),前端工艺,互连技术领域的技术需求,也可能同样得以缓解;(4)使用更智能化的制版和检测流程的接口,可以降低一次性制造费用。
横向挑战4-干扰(Interference)有效地利用资源进行通信和同步,全局互连按比例缩小的趋势,正在越来越多地遇到噪声和干扰的妨碍。在逻辑、电路和物理设计中流行的信号完整性方法学(signal integrity methodologies)显然可以升级到100纳米技术代,但已经快要达到它们应用的极限。这些方法包括在长互连结构中插入驱动器的规则、压摆率控制规则、提供电源/地线分布设计,控制电感影响等内容。混合信号和射频元件的按比例缩小和SOC集成需要更灵活有效的方法学。这些问题包括噪声容限(尤其在低功耗器件和动态电路中);大量互连的电感和电容耦合;电源电压的IR压降和接地反弹;温度对器件关断电流和互连电阻的影响;以及衬底耦合等等。在各个设计层次上改进特征分析、建模、噪声和干扰的分析和估计,是对设计技术的一项根本挑战。
横向挑战5-可靠性放松对器件和互连百分之百正确性的要求,可以显著地降低制造、验证和测试成本。工艺的按比例缩小,导致更多的信号、逻辑、器件和互连的瞬间和永久的信号故障;无论如何,它们最终都将促成这种变化趋势。下面是几个例子:(1)在65纳米以下,单事件扰动(软错误)将严重影响产品现场使用的可靠性,不仅对存储器是如此,而且对逻辑电路也是这样。(2)由于供电电压的减小(导致老化时间的指数性增长),当前加速寿命试验(老化)的方法变得不可行;甚至老化炉的功耗也无法承受。(3)原子尺寸效应需要有新的“软”缺陷标准,例如针对非毁灭性的栅氧击穿。当系统变得如此之大,以致不可能在制造结束进行功能测试时,通常将要优先考虑在设计中自动插入增强鲁棒性的结构。可能的措施包括:冗余逻辑的自动引入、针对容错的片上重配置、自适应和自纠错或自修复电路的开发,以及基于软件的容错设计等。
3.1.2.3 系统级设计更新
更新的表DESN2给出了对图DESN1中描述的硬件和软件设计成本演化的细节。
附录2:设计技术DT的成本和价值
人力成本
人力成本与“单位人力成本”(按每个工程师每年的雇用成本计算)、“设计复杂度”(根据芯片的行为或器件数计算)和“设计者生产率”(根据一个工程师平均在一年之中可以完成的设计工作量计算)相关:
设计人力成本=■
由于设计技术创新提高了工程师的设计生产率,它产生的最大的影响就是对人力成本的影响。为了测算设计技术创新对人力成本的影响,国际半导体技术发展路线图设计工作组委托Gartner/Dataquest对工程师的生产效率进行测算,并计算每个重大的设计技术创新对提高生产率的影响。设计者的生产率在1990年为每年4千门(等效于16000个晶体管),这一年也被视作“RTL方法学”开始的第一年。表DESN12列举了连续的改进过程,灰色的项目代表正在进行中的改进或未来的创新。表中显示设计者的生产率(以每个设计者每年设计的逻辑门数计算)从1990年到2007年每年平均提高39.6%。特别地,每百万门的设计人员数目(设计生产率的倒数)从1990年的250人降低为2005年的8人。然而,单位人力成本自1990年以来也没能保持不变。根据GTX模型,工程师的人力成本每年增长大约5%(假设1990年工资和一般管理费用之和为181,568美元)。然而,这个增长速度在2002年-2005年之间已经放慢到2%。现在,增长速度已经恢复到大约5%,而即便是印度和中国,也报道了IC设计工程师的缺乏。
基础设施成本
每个工程师的EDA工具成本增加率是每年3.9%(自1990年开始,平均每个工程师为99,301美元)。但是,在2002年,增长的速度停滞了,并且在过去的六年内又重新低于历史水平。工业界现在正在从这个衰退中恢复,工具的平均销售价格增长现在预期到2008年将回到的3.9%的典型速度。总的基础设施成本由EDA工具成本与工程师人・年的乘积来决定,并和劳动成本相关:
EDA基础设施成本=■
其它的基础设施成本在这个模型中归到“企业一般管理费用”之中。由于平均单位人力成本比EDA基础设施的增加速度要快,因此人力成本在产品开发成本中所占的比例在不断增加。
总的设计成本
半导体技术发展范文第3篇
【关键词】半导体企业；生产管理；技术展望
现阶段，半导体行业基本处于国外的技术垄断之下，虽然近年来在国家政策的大力扶持下，国内半导体企业顽强生长，取得了不错的发展成就，但距离打破国外技术垄断仍有一段差距。对此，国内半导体企业必须加强生产管理，同时积极开展新技术的研发工作，努力发展自主知识产权，促进本土半导体行业的健康快速发展。
1半导体企业生产的常见问题
1．1产品良率控制方面
作为高新技术行业，半导体行业的良品控制与技术先进性密切相关，但当前半导体生产的核心技术基本被国外企业所把持，而国内半导体企业的良品率一直处于较低水平。特别是在新上设备、制程转换的过程中，产品良率控制更是容易出现大的问题。例如，某半导体公司对2013年度的晶圆报废情况进行了统计，发现个别月份的晶圆报废数量特别多，通过对生产记录的进一步追溯，确定问题主要出现在三个方面:一是新设备安装后调试不当;二是产品制程转换中有个别问题未处理到位;三是设备保养出现疏忽。
1．2生产瓶颈方面
机台生产能力不足是导致企业产能瓶颈的主要原因，同时也是非常辣手的一个问题。在半导体生产中，需要对各机台的生产能力进行统筹协调，做好排产工作，但现实生产中经常受到各方面因素的干扰，使得原有的排产计划被打乱，各机台之前的生产平衡被打破，进而出现个别机台的积压现象。此外，在实际生产过程中，不同设备的保养进度可能并不一致，当个别设备需要临时保养时，就需要其他机台超负荷运作以保证产能稳定，但这样一来就很可能导致产品质量问题的增多。
1．3设备故障方面
设备故障会给企业带来巨大的经济损失，除了故障处理带来的维修费用投入外，故障多发还会导致产品交期滞后，影响企业的对外形象。同时，设备故障会使原来流畅的生产线遭到破坏，并使员工工作量大幅增加，导致员工工作积极性下降，生产管理难度增大。此外，一些关键设备的停滞还会对那些有连续生产需求的元件质量造成巨大影响，考虑到半导体行业的特殊性，这些产品的质量一旦出现问题就只能予以报废。
2半导体企业生产管理的强化
2．1质量管理体系建设
首先，企业要加强质管队伍的管理和建设，要求质管部门及人员严格依据质量监测方案的有关要求开展各项工作，深入总结半导体生产的质量控制要素，并从事前、事中、事后三个方面制定相应的质量监管计划，全面做好日常的质量监督工作。其次，加强硬件设备投入，加快技术改造进程，紧跟国家相关计量技术法规变化，不断提高硬件标准，保证企业具有足够的检测能力。与此同时，紧抓员工教育与管理，增强各级人员的质量控制意识，为企业生产管理奠定人力保障。最后，建立健全管理评审制度，对企业生产管理情况进行实事求是的评价，并提出相应的改进意见，促进企业质量管理体系的不断发展与完善。
2．2加强自主创新
自主创新既是企业自身发展的需要，也是国家战略发展的客观需求。当前我国半导体企业在技术创新方面的主体意识淡薄、资金投入不足、自有知识产权匮乏、产品利润率低下，在国际半导体市场中没有形成自己的核心竞争力。今后，国内半导体企业应加强自主创新研究，努力掌握拥有自主知识产权的核心技术，争取早日摆脱国外知识产权压迫。在这方面，可以借鉴我国知名企业华为的发展经验，华为每年在技术研发上的投入多达几十亿美金，占公司总收入的15%左右，在充足的研发经费支持下，华为每年都要申请大量专利，并且掌握了大量的核心技术，这为华为参与国际竞争提供了有力的技术和专利支撑。
2．3完善设备管理
为保证生产计划的顺利实施，需要企业加强生产设备的动态管理，提前预知并积极应对设备故障。为此，企业要实时获取设备运行的相关数据，包括PCS(统计控制系统)数据、KPP(关键工艺参数)数据、CPP(控制工艺参数)数据等，这些数据通常反映了设备的运行现状，如光刻机的雕刻位置与切口宽度等，通过分析这些数据就能实现对设备运行状态的持续跟踪与监控。一般情况下，上述数据都会自动保存导半导体设备的日志文件中，企业要做好相关日志文件的搜集、整理和分析工作，同时辅以相关设备状态检测理论及方法，对产品生产过程进行实时监控，确保设备始终处于最佳运行状态下。在具体的设备管理方法上，目前较常采用的方法是计划驱动管理模式，即根据设备运行状态及企业排产计划合理设定检修日期，对不同设备的维护保养进行统一协调和规划，保证生产计划顺利执行。除上述基本方法外，还有基于设备利用率的动态管理方法、基于扰动的生产准备管理方法等，在实际生产过程中，企业应灵活运用以上方法，尽可能降低设备因素对企业生产管理的影响。
3半导体企业生产新技术展望
近年来，国际半导体技术工艺不断发展，如何在控制成本的同时稳定缩小芯片尺寸成为半导体行业的竞争焦点。当前，国外半导体企业已经全面实现14nm量产，10nm量产工艺也已推出，虽然实际产能表现并不理想，但也在稳步改进之中，预计近期内即可完善。多年以来，提高光刻分辨率的渠道主要有三种:缩短曝光波长、增大镜头数值孔径NA、减少K1，但随着芯片尺寸的不断缩小，传统光刻技术逐渐达到技术瓶颈，当前采用的193nm光刻技术以及多重曝光技术已不太可能有更大作为，并且在10nm水平已经表现出了良品率低的问题，今后EUV光刻成为支持芯片尺寸继续缩小的重要技术方向。此外，除了缩小尺寸，半导体行业面临的其他关键技术工艺还包括450mm硅片、TSV3D封装、FinFET结构、III－V族作沟道材料等，以上每一项技术的新进展，都将带动半导体行业的进一步发展。
4结语
综上所述，半导体是国家重点扶持的高新技术产业之一，同时也是我国高新技术领域的一大短板。针对当前国内半导体企业生产的常见问题，应从以下方面入手:加强质量管理体系建设、加强自主创新、完善设备管理，在提高企业生产管理水平的同时，掌握更多拥有自主知识产权的核心技术，促进我国半导体行业健康持续发展。
参考文献:
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半导体技术发展范文第4篇
[关键词] 半导体产业；台湾；启示
[中图分类号] F427 [文献标识码] A 文章编号：1671-0037（2014）01-20-2
曾几何时，台湾早期的半导体产业基础十分薄弱，以提供廉价劳动力为代价的加工业出口作为发展契机，而后又出现30多年风生水起的发展态势，被视为国家和地区发展高科技产业的经典案例。
1 台湾半导体产业的强劲势头
据台湾半导体产业协会（TSIA）和工研院（IEK）的最新预估数字，2013年台湾IC产业产值可达新台币18703亿元，较2012年成长14.4%。台湾半导体产业表现出较为强劲的发展势头（见表1，表2）。
2 台湾半导体产业的发展历程
在当下发展中国家和地区普遍面临无法走出低水平的模仿困境之际，研究台湾半导体产业发展的轨迹是一个具有重要意义的课题。
2.1 外资主导的资金技术引进时期――1960～1974年
上世纪60年代，台湾的出口导向性政策吸引了美国等国厂商将晶体管的制造和半导体制造流程当中的技术层次较低的下游封装部分转移到台湾，出口市场也是以美国为中心。这个时期美国半导体厂对台湾的基本策略是以获取廉价劳动力为出发点的，而台湾又是利用廉价劳动力赚取外汇。虽然在这一阶段台湾电子工业的投资是以外资为主，但因其进入半导体封装业所需资金不大，技术要求也不高，当地企业如寰宇、万邦、华泰等为当地半导体的封装业打了先锋，同时与外资企业为当地培养了许多熟悉该领域的人才。值得一提的是，台湾交通大学于1964年设立的半导体实验室对培育岛内半导体人才方面所作的贡献更是不可磨灭。
2.2 台当局介入的主导上游技术引进时期――1974～1979年
上世纪70年代初，世界经济普遍衰退，台湾的出口也受到极大冲击，促成了台湾产业结构转型的提早推进。因此，台当局决定投入IC产业，1974年当局在台湾工研院成立电子工业研究发展中心（即当今的电子所），并负责IC产业推进，并以该发展中心为技术引进的载体，从美国引入IC设计及制造技术。1976年引进了RCA的制程技术，第二年引进IMR的光罩技术。但当时的这些政策与民间企业并没有发生实质交流，这个阶段台湾半导体产业仍以外资的德州仪器、摩托罗拉和飞利浦的封装业为主。
2.3 台当局主导与本地企业培植时期――1980～1989年
为了引进科技工业和人才，进而带动台湾的工业技术研究创新，台湾“行政院”在1980年设立了科学园区。1981年在电子所主导下，成立了政府与私人一同投资的联华电子公司。该公司是政府研究机构将技术移转到民间部门的首个案例，也是台湾促使民间使用IC技术的第一步。由于当时的民间企业对半导体产业并不是很了解，投资的意愿比较低。对此，台当局决定继续由政府与民间一道投资，在1987年由电子所成立台湾积体电路制造公司。该公司是全世界第一家专业的晶圆代工厂，其设立代表了IC产业的一种新分工形态的出现。该公司在晶圆代工市场的成功，也代表了台湾IC制造技术从此生根。台湾联电、台积电的相继成立，使得台湾民间投资陆续进入半导体产业，也逐步显示了民间已经有了自主能力。从此台湾半导体产业已由以外资为主的下游封装业，迈进了以本地企业为主的上游设计、光罩业和中游制造业。
2.4 本地企业自主时期――1990年至今
台湾当局经过十几年不断地培植本地半导体企业，1990后有更多民间公司扩厂，同时也有许多新公司成立，台湾半导体产业逐步脱离台当局主导的色彩，本地企业已经具有相当的资金、技术和研发能力。
3 台湾发展半导体产业的启示
3.1 要学习借鉴台湾由弱到强的经验
半导体产业是一个国际性极强的产业。台湾的半导体产业是通过引进技术才逐步发展起来的，但并不仅仅是一味地引进技术，同时也十分注重消化、吸收和再创新，并始终致力于开发拥有自主产权的技术。台积电公司董事长张忠谋是台湾半导体产业的传奇人物。从1994年开始，台积电公司连续三年营业额大幅度提升，获利从35%提升到50%。1997年13亿美元的销售额，盈利竟然达到5.35亿美元，在台积电成立伊始，张忠谋就树立了只做代工，而不与客户竞争的永续性原则，即台积电不生产自己的产品，只以专业代工半导体的公司存在。这种审时度势、不按常理出牌的做法，改变了当时产业的游戏规则。台积电从而创造了新公司诞生到成功的奇迹，也带动了台湾半导体业投资的热潮。有媒体称，台积电创造出一个产业。与此同时，台积电非常注重企业的国际格局。创业初期就聘请具有国际管理经验和人脉的专家担任总经理。这为其带来了大量的业务，也为其快速进入国际竞争打下了良好的基础。建立了各种规范化的规章制度，在人事、财务制度等方面就具有国际规模，符合国际惯例，把客户当成合作的伙伴，并与客户进行各种资源的共享。把台积电未来5年的技术蓝图提供给客户，让客户了解有什么技术可一起合作配合，这种做法有利于开拓新的市场。这也带动了台湾其他的半导体企业不断生产出高端的技术产品和开发出新的关键技术。台湾半导体产业的重心也逐步由增值比较低的、劳动力比较密集后封装产业，慢慢移向附加值比较高的、智力比较密集的设计与制造业。
3.2 以产业集聚效应应对竞争日益激烈的全球化挑战
台湾的半导体产业，几乎把所有的相关企业全部整合在地理位置相邻的区域内，把该领域内相关的种种关键要素聚集在一起，形成合力壮大了整体的产业实力。作为一种新型的企业组织和生产产业组织，台湾半导体产业的集聚效应优势十分明显。专家认为：这种产业集聚效应是现在产业竞争力的重要体现和来源，一个国家和地区的产业竞争力集中体现在这个国家和地区以集聚形态所出现的产业上。换个角度也可以说，半导体产业只有形成产业集聚效应，并不断探寻新的发展模式，才能保证产业的持续性发展。因此，中国的半导体产业要做大做强，不能仅仅考虑少数几个半导体企业的因素，只有形成规模效应，才能使半导体产业突出整体竞争优势。这方面可以借鉴台湾半导体产业联手以整个群体的竞争力走向市场，形成集聚效应，不仅使各个半导体企业在激烈的市场竞争中没有被淘汰，反而越做越大。
3.3 实现跨越式发展乃当务之急
假如中国的半导体企业仍然按照固有的模式运转，零星作战，估计好景不长。目前，由于体制原因，多数国有半导体企业的整合还在进行当中，各厂商彼此之间缺少一个宏观上的协调角色。许多外商独资企业已瞄准我国廉价劳动力到中国打造加工基地，我国正逐步成为全球半导体产业的主要加工国。鉴于这种情况，国内各半导体企业可通过各种不同的合作方式与国内或海外企业联合组建企业实体。较有实力的半导体大企业，也可以同其他实力较强的上游厂商以互惠互利的模式结为半导体企业策略联盟，还可以通过加入半导体跨国公司的全球垂直分工体系成为制造中心，尽快找到一个有益于中国半导体业快速发展壮大的商业模式。要走出中国半导体产业目前发展的困境，就要依靠上游产业的不断提升和下游产业的有力支撑。不管半导体企业采取何种动作模式，其最终目的就是能在激烈的竞争中站稳脚跟，并不断地发展壮大。但是迫于优胜劣汰的游戏规则，要适应半导体产业越来越细的分工，和越来越高的专业化程度和技术要求，就要建立企业之间相互配套、相互协调和互惠互利的共赢和多赢的合作关系。
3.4 保证我国半导体产业的健康发展乃大势所趋
目前，我国半导体产业与世界发达国家相比，在产业集中度和自主开发能力等方面，还是有一定的差距。因此，中国要加大半导体产业布局调整力度，扶持和鼓励强势企业，逐步走国际化的道路；对一些效益差的半导体小企业按市场经济规律使之自然优胜劣汰；引导我国半导体企业从原先国内企业之间的竞争，转向与国际同行之间的竞争；审时度势，积极促成国内市场同国际市场的接轨与融合。因此，要保证我国的半导体产业健康发展，各半导体企业应对企业的目标定位、发展战略作出新的思考和选择，进行合理的布局，并积极参与国际分工。
参考文献：
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收稿日期：2013年11月28日。
半导体技术发展范文第5篇
随着绿能环保成为全球热门议题，以及半导体产业对于产能提升、成本下降，及优秀人才的持续需求，今年的SEMICON Taiwan 特别聚焦三大主题 : 绿能环保、下一代封装技术―TSV，以及产业人才培育，期望帮助产业升级。
安全与环保--“绿色竞争力”新指标
在全球一片节能减碳的呼声下，要成为现代化的国家，不能只注重生产，同时也要强化在公共安全、工业安全和环境保护方面的能力。2016年-2020年间，将二氧化碳排放量降低到2008年的排放量，台湾地区的半导体产业，在水、电及化学材料的消耗上，都还有努力空间。而在台积电、友达、奇美等制造大厂高调推行绿色政策下，在今年的展场中，来自全球各国的设备厂商也纷纷提供了许多更环保、更安全的半导体相关设备与材料解决方案。此外，SEMI特别邀请到台积电、友达和SAHTECH，以及Air Products、Edwards等在“大宗硅甲烷/氢气储存及供应系统安全标准研讨会”与“太阳光电及平面显示器产业工安环保技术研讨会”中，从厂房实际使用需求到相关设备标准进行深入讨论和案例分享。
TSV―下一代IC的促成技术 CTO论坛引爆热烈讨论
日月光集团研发中心总经理唐和明表示：现今摩尔定律有放慢的趋势，但为了因应市场持续对产品在“轻、薄、短、小”的要求，封装业在近年来积极发展三度空间的堆栈、硅穿孔(Through Silicon Via: TSV)等技术，并且已俨然成为下一波主流技术。除了封装业早已投入人才与资源在TSV (Via-Last)的研发之外，许多IDM与晶圆厂亦已积极投入wafer-level 的TSV技术(Via-First)，以求取晶圆2D空间的最大利用。这无疑使TSV技术成为一个兵家必争的新战场。
CTO论坛之演讲贵宾阵容坚实，邀请日月光集团研发中心总经理唐和明、Gartner、IMEC、美商高通(Qualcomm)、美商リ劭萍(AVIZA) 副总裁、新思科技(Synopsys)董事长兼执行长Aart de Geus、惠瑞捷(Verigy)等公司之高阶主管与专业人士，针对TSV趋势、技术发展与挑战进行深入研讨。
SEMI 半导体科技种子计划
根据台湾地区工研院数据显示，未来3年内，台湾地区半导体产业对于人才的需求量将达到35,000个，然而由于专业人才呈现M型化的分部，SEMI 为强化半导体产业人才培育，特于展览期间筹办“SEMI University --半导体科技种子计划”，整合业界资源以培养学生具备理论与实务之能力，为产业储备精英更进一步地提升产业竞争力。本计划提供学生完整的半导体制程介绍与应用课程，并由专人带领导览展会，参观最新颖的设备材料实体展示，进而了解半导体产业之发展现况及最新趋势。
五大联谊活动活络产业交流
