半导体制造工艺流程模板.doc

(九) 研究对象(Research Object)
本汇报研究对象为半导体制造工艺步骤中制造、封装、测试、净化和试验检测设备等。
一、中国半导体设备市场环境综述
(一) 半导体设备分类和技术发展现实状况
半导体飞跃发展和其结构和工艺技术进步分不开,尤其和半导体工艺设备发展息息相关。半导体工艺设备是集成电路制造物质基础，半导体设备更新换代，推进半导体工艺，半导体产品及整个电子装备更新换代。多年来,国际半导体集成电路发展历史充足说明:谁拥有优异工艺设备,谁就能在半导体集成电路生产上处于领先地位。为此,要发展半导体集成电路工业,必需优先发展对应半导体专用设备。所以，从本质上讲，半导体设备不仅支撑集成电路产业发展，同时也支撑整个电子信息产业发展。
半导体制造工艺步骤主体为设计——制造——封装——测试，制造是指前道微细加工，关键包含对半导体芯片进行曝光、刻蚀、掺杂、薄膜生长等工艺加工步骤，是最为关键步骤。半导体制造设备关键有材料制备设备、前道工序设备、后道工序设备、净化设备、试验检测设备等，半导体设备属于高科技、高投入范围,其特点是光机电结合，在精度要求上较纯机械要高得多。
国际上集成电路发展40多年来，工艺技术发展相当快速。其集成度从十多个元件小规模,进入到集成上亿个元器件特大规模发展阶段,其加工精度从十几微米发展到亚微米、深亚微米阶段。硅片尺寸从2英寸发展到6英寸、8英寸并正向12英寸规模发展，其生产集成电路专用设备也更换了多代产品。
现在国际上大生产工艺技术水平主流在8英寸、0.18~0.25微米水平,并已达成 12英寸0.10~0.15微米工艺技术水平，世界关键半导体大厂英特尔、台积电、摩托罗拉、德州仪器(TI)等，目前均已投入0.10微米以下半导体制造工艺研发，并力图立即投入量产，竞争日趋猛烈。集成电路技术高速发展对专用设备和仪器提出了更严格要求,集成电路设备发展到今天，已经不是一个传统意义上机器，而是集成电路工艺固化物。
表1 集成电路制造工艺所需关键设备

1．材料制备设备:
材料生长设备
单晶炉
材料加工设备
研磨机、抛光机、切片机等
2．前工序设备:
光刻设备
光刻机、电子束曝光机
蚀刻设备：
刻蚀机
掺杂设备
离子注入机、扩散炉
薄膜生长设备
化学汽相淀积(CVD)设备、物理汽相淀积(PVD)设备磁控溅射台、电子束蒸发台、
其它
匀胶机、显影机、清洗机、快速热处理设备、气柜、气体质量流量计等。
3．后工序设备
划片机、键合机、塑封机、切筋打弯机、打标机、编带机、电镀设备、模具等。
4．净化设备
空气净化设备、超纯水设备、气体纯化设备、
5．试验检测设备
试验设备
气候环境试验设备、力学环境试验设备、可靠性试验设备等
检测设备
成品测试设备及部分在线检测设备等
数据起源：CCID ，02

表2 世界关键半导体企业12英寸厂工艺特征和工艺研发

企业名称
生产线性质
工艺特征
工艺研发
INTEL
CPU
0.13微米
70纳米—90纳米
TSMC
Foundry
0.13微米
90纳米
UMC
Foundry
0.13微米
65纳米
TI
DSP
0.13微米
90纳米
Motorola
Foundry
0.13微米
32纳米—90纳米
Infineon
DRAM
0.14微米
70纳米—90纳米
Samsung
DRAM
0.12微米
0.1微米
数据起源：CCID ，02
前道微细加工设备技术不停发展已成为推进集成电路快速发展关键原因之一。前道微细加工设备主体是光刻设备、蚀刻设备、掺杂设备等。
伴随设备水平不停提升,光机电高度集成,半导体制造中很多工艺技术已经固化在设备之中,设备已经代表了一个相对完整处理方案。这将成为半导体专用设备时尚。
(二) 世界半导体设备市场概况
世界半导体设备市场需求为228亿美元,较市场衰退了19%,这是因为受世界半导体市场恢复缓慢,各大半导体芯片厂商投资额对应降低,造成设备市场继续萎缩。尽管世界半导体市场止跌回暖，重新开始增加，但增加幅度较小。世界半导体市场规模达成1410亿美元，比1388亿美元上升了1.6%，而亚洲地域是整个半导体市场增加关键原因。伴随世界半导体市场逐步复苏，估计半导体设备市场将会突破性增加。

表3 1996－世界半导体设备年销售情况: 单位：亿美元

1996年
1997年
1998年
1999年

销售额
238
184
198.7
234.5
477
282
228
增加率
5.8%
－22.7
8.0%
18%
103%
－40.9%
－19％
数据起源：CCID ，02
图1 1996－世界半导体设备年销售额曲线图 单位：亿美元

数据起源：CCID ，02

表4 －世界半导体设备销售额 单位： 亿美元

设备种类

增加率
晶圆处理设备
215
171
－20%
封装设备
21
17
－19%
测试设备
50
28
－44%
其它设备
10
12
20%
累计
282
228
－19%
数据起源：CCID ，02

世界半导体市场投资302亿美元，比下降了22%，国际半导体大企业全部下调了投资百分比，英特尔、台积电、三星电子投资金额最高3家企业，其它芯片厂商投资额全部不高于10亿美元。和此对应是关键半导体设备厂商销售业绩也有所下降，半导体设备市场受技术工艺驱动较强，以销售端技术应用产品设备供给商市场份额提升。
表5 —世界关键半导体企业投资情况

(亿$)
(亿$)
增加率
英特尔
57
51
—10．5%
台积电
21
19.7
－6%
三星电子
18
19.7
1.7%
德州仪器、
11
8.05
－26.8%
飞利浦
13
9
－30.7
Hynix
7
8．8
25.7
NEC
9
8．6
－4.4
日立
12
8．4
－30%
东芝
11.8
8
－32
Sony
10
7．9
－21
数据起源：CCID ，02

世界前十大半导设备及测试和测量设备供给商情况见下表。

表6 世界前十大半导体设备供给商

排名
厂商名称
销售额（百万美元）
1
Applied Materials1
2157.0
2
Tokyo Electron
1261.3
3
ASML
789.6
4
Nikon
789.0
5
Dainippon Screen Mfg
472.6
6
Novellus Systems
391.8
7
Canon
346.1
8
Lam Research
344.4
9
ASM International
227.3
10
Varian Semiconductor Equipment Assoc.
161.9
资料起源：REED RESEARCH GROUP

表7 世界前十大半导体测试和测量设备供给商

排名
厂商名称
销售额（百万美元）
1
KLA－Tencor
730.3
2
Advantest
312.3
3
Teradyne
279.0
4
Agilent Technologies
230.3
5
Schlumberger
34.0
6
Credence Systems
73.3
7
LTX
55.7
8
Tektronix
41.2
9
National Instruments
37.6
10
Veeco nstruments
15.8
资料起源：REED RESEARCH GROUP

(三) 中国半导体设备产业及市场环境
1、产业环境
多年来，在国家大力发展信息产业方针引导下，北京、上海、天津、深圳等地引进了一批较为优异IC生产线，中国微电子产业进入了蓬勃发展新时期。但伴随世界集成电路飞速发展,半导体工艺设备快速更新及单晶硅大直化发展拉大了中国专用设备和仪器和国际水平差距,已制约了中国集成电路发展，缺乏自主IC设备支撑，单纯依靠引进生产线，中国IC产业只能是“代代引进、代代落后”，中国IC产业发展永远受制于人，难以达成世界优异水平，所以对半导体工艺设备水平提升和国产化需求十分强烈。
从事半导体设备研制投资大，技术难度也高，尽管中国对半导体设备研制很重视，在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”及"908"、"909"等重大工程项目上全部关键安排了设备专题攻关和科研试制任务，但因国力所限长久以来研发经费不足，如美国GCA企业在研制第一台分步式反复光刻机(DSW)时，投入研制费1亿美元，一样设备中国研制仅仅投入600万人民币，中国半导体设备全行业平均十二个月开发费为1000～万元，20世纪90年代至今技术推行费用加起来为2亿元左右。
因为中国半导体设备工艺技术水平落后，未形成一定产业规模，生产成本高，从而造成国产设备缺乏市场竞争力。现在中国半导体专用设备在技术水平、稳定性、可靠性、自动化程度方面和国际水平相比有10－差距，造成了中国半导体设备市场由国产设备为主转变为进口成套设备占绝大部分市场份额局面。国产半导体设备只在中小型国有企业、地方IC厂家和生产数量较少研究单位仍然发挥着关键作用，半导体设备企业为了生存，采取措施是和其它设备开发联络起来，不单做半导体设备，还做其它用途设备。
中国半导体设备企业也存在着大发展契机，这是因为IC工艺及其设备递进发展、多代共存，一个时期存在丰富工艺层次。在进行大规模生产前3～4年进行试生产，开始投入规模生产最优异生产线仅占全部IC生产线一小部分，大部分生产线工艺水平则低一至两代，而低好几代工艺装备会在较长时间内继续使用。另外，集成电路设备已被列入科技部863计划进行关键发展。中国集成电路设备将会有一个较大突破和发展。
中国加入WTO，国际间交流日益紧密，半导体设备方面展览会、研讨会和出国访问团将不停增多，在半导体设备基础要进口同时，借鉴学习国外优异工艺水平，经过交流和抓住机遇来跟上国际步伐。
为立即改善中国集成电路生产线设备基础依靠进口局面,促进中国专用设备和仪器发展，国家在政策和资金投入上采取了对应举措,制订了相关政策,大力支持扶植该产业发展。现在中国北京地域、上海地域、深圳地域正在计划集成电路发展，各自全部在筹建微电子研发基地，集成电路设备已被列入发展关键之一。伴随中国加入WTO，这些基地建设将完全是开放性并按新体制和新机制运行。近几年国家不停加大力度发展集成电路，投入了大量人力和资金，对半导体设备也提出了前所未有机遇和挑战。
中国半导体专用设备制造业起始于60年代，最多时曾达成100多个单位，“九五”期间较为萧条，多年来，伴随中国集成电路产业快速发展，半导体设备制造业又开始回升，现在涉足半导体设备研究和制造单位恢复到40多个，关键骨干单位有十几家。其中大部分单位从事前工序设备研制，以后工序设备、材料制备设备、净化设备、试验检测设备也各有部分单位在研究和生产，但多年来新进入半导体设备领域单位多数切入是后工序设备。
现在为止，中国半导体设备企业已经能够自行提供0.8微米、6英寸以下关键专用设备,0.5微米生产线关键设备(包含电子束曝光机、光刻机、离子注入机、金属层间介质CVD、磁控反应离子刻蚀、物理气相淀积等)已研制出原型样机，0.25微米以上设备中一些单元技术也有所突破。中国半导体设备总体水平和国外相比差距还很大,但30多年来，中国集成电路专用设备制造业即使几经波折，确实培养了一批含有较高专业水平技术队伍，为中国集成电路专用设备深入发展打下了相当专业基础。
中国半导体产业快速发展促进在此领域耕耘几十年骨干单位增强了活力，已经离开多年单位正在重新进入，部分行业外单位看按时机纷纷切入半导体设备领域，美国、日本、韩国等很多海外半导体设备企业已经或正在计划将其制造基地移向中国，美国设备厂商已经捷足先登。美国应用材料企业，已在上海落成了中国企业新总部。韩国设备厂商对中国市场颇为关注，富社企业和铜陵三佳电子集团企业合资创办了半导体塑封机生产企业，日本山田企业、韩国丰山企业就合资建设集成电路专用模具、引线框架项目已分别签约。
2、市场环境
多年来中国集成电路市场发展快速，以前中国集成电路市场平均增加速度达成40%，以来因为受世界半导体市场衰退影响，中国集成电路市场仍保持了20%以上增加率，是世界半导体市场一枝独秀。近几年来，中国集成电路市场总体规模快速扩大。－世界集成电路市场需求不景气情况下,中国集成电路市场保持了稳步增加,成为牵动半导体亚太市场复苏关键驱动。下图是1999年以来中国集成电路市场增加情况

图2 1999－中国集成电路市场规模增加
数据起源：CCID ，02

因为半导体市场空间巨大和不停发展市场需求，促进中国半导体产业投资火热，很多国际大企业、尤其是台湾省部分著名厂商纷纷到中中国地投资设厂，兴建半导体IC制造或后段封装测试企业，促进中国集成电路产业规模快速扩大。下图是1999年以来中国集成电路产业规模情况。

图3 1999—中国集成电路产业规模增加
数据起源：CCID ，02

中国半导体产业和市场高速增加为半导体设备需求提供了良好外部环境和巨大发展空间，中国半导体设备市场正在以前所未有势头增加着。

二、中国半导体设备产业现实状况分析
(一) 中国半导体设备现实状况
中国半导体设备产业起步于20世纪60年代，经过几十年发展(发展情况见下表)，到现在中国涉足半导体设备企业机关有近40个左右，骨干企业有10多家，其研究方向和研发产品包含材料制备、制版设备、前工序设备、后工序设备等领域，已形成一定层次产品研发能力和对应技术积累。

表8 国产半导体专用设备研制过程

时间
技术水平
经典产品
50年代中后期70年代末期
φ50mm，8μm线宽
年产300万块集成电路成套生产线设备；多管扩散炉、自动匀速胶机、自动显影机、半自动光刻机、电子束蒸发台、四头精缩机、净化设备、检测仪器、1.2μ和0.7μm线宽电子束曝光机，光学图形发生器、600kev离子注入机、液相外延炉
80年代早期80年代末期
3~4英寸、3~5微米线宽
φ75线设备改善提升项目及工艺设备项目25项，在线检测设备15项
90年代早期90年代末
5寸、2