芯片产业链简介

芯片产业链简介目录1234芯片原材料介绍5芯片制造背景介绍芯片设计芯片封测6投资分析集成电路的定义集成电路是将电阻、电容、二极管、三极管经过半导体工艺或薄、厚膜工艺制作在同一硅片上，并按某种电路形式互连起来，制成具有一定功能的电路。集成电路的特点同分立元器件相比，集成电路具有体积小，重量轻，功耗低，性能好，可靠性高，成本低等特点，是目前电子产品和设备小型、便携式所必需的。集成电路泛指所有的电子元器件，是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分，承担着运算和存储的功能。一、背景介绍1.1半导体集成电路的概念芯片种类繁多，品种各异，可按不同方式进行分类。1.2.1按照制造工艺分类芯片按其制造工艺可分为半导体集成电路、薄膜集成电路、厚膜集成电路和混合集成电路。用平面工艺（氧化、光刻、扩散、外延）在半导体晶片上制成的集成电路称为半导体集成电路，也称为单片集成电路。用薄膜工艺（真空蒸发、溅射）将电阻、电容等无源元件及相互连线制作在同一块绝缘衬底上，再焊接上晶体管管芯，使其具有一定功能的电路，称为薄膜集成电路。用厚膜工艺（丝网印刷、烧结）将电阻、电容等无源元件及相互连线制作在同一块绝缘衬底上，再焊接上晶体管管芯，使其具有一定功能的电路，称为厚膜集成电路。1.2集成电路分类在实际应用中，多半是在无源膜电路上外加半导体集成电路或分立元件的二极管、三极管等有源器件，使之构成一个整体，这便是混合集成电路。一、背景介绍1.2.2按照有源器件分类芯片按有源器件可分为双极型集成电路、MOS型集成电路和双极-MOS（BIMOS）型集成电路等双极型集成电路是在半导体基片（硅或锗材料）上，利用双极型晶体管构成的集成电路，其内部工作时由空穴和自由电子两种载流子进行导电。MOS型集成电路只有空穴或自由电子一种载流子导电。它又可分为NMOS型集成电路、PMOS型集成电路和CMOS型集成电路三种。双极型-MOS型集成电路（BIMOS）是双极型晶体管和MOS电路混合构成的集成电路。一般前者作为输出级，后者作为输入级。双极型电路驱动能力强，但功耗较大，MOS电路则相反，双极型-MOS型集成电路兼有二者的优点。一、背景介绍1.2.3按照集成度分类芯片按其集成度可分为小规模集成电路，中规模集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路和极大规模集成电路。规模小规模中规模大规模超大规模特大规模巨大规模理论集成度*10~10010~1000103~105105~106106~10916×109商业集成度1010~1000103~2×1042×105~5×105＞5×105＞108代表作品门电路触发器计数器加法器8位微处理器16位、32位微处理器图像处理器SOC高档处理器*注：1.集成电路单个电路芯片集成的元件数一、背景介绍1.2.4按照应用领域分类芯片按照应用领域可分为军用品、民用品（又称商用）和工业用品三大类。由于军用品主要用在军事、航空、航天等领域，使用环境恶劣，装置密度高，对集成电路的可靠性要求极高，对价格的要求不太苛求。由于民用品主要用在人们的日常生活中，使用条件较好，只要能够满足一定的性能指标要求即可。但对价格要求较高，最大限度地追求高的性能价格比。这是产品能否占领市场的重要条件之一。工业用品介于二者之间。一、背景介绍1.2.5按照功能分类芯片按功能的分类如下：半导体集成电路数字电路模拟电路接口电路特殊电路TTL电路HTL电路ECL电路CMOS电路存储器微型机电路运算放大器稳压器音响电路电视电路非线性电路电平转换器电压比较器线驱动接收器外围驱动器通信电路机电仪电路消费类电路传感器一、背景介绍一块芯片的诞生大致会经历如下几个环节：原材料—设计-晶圆制造-封装-测试。因此芯片核心产业链按可分为以下几块：1.原材料2.设计（Fabless）*3.制造（Foundry）4.封装5.测试*注：以美国为首的北约签订《瓦森纳协议》限定高科技（包括芯片）出口中国。一芯片ADC为例，合约中规定精度大于14bit（失真率＜1/16384）、100M不允许出口中国。1.3芯片产业链概述一、背景介绍目录1234芯片原材料介绍5芯片制造背景介绍芯片设计芯片封测6投资分析11芯片制造工艺简介：二、芯片原材料介绍硅提纯切割晶圆影印蚀刻重复分层封装多次测试掩膜版光刻胶、高纯化学试剂、靶材、化合物半导体电子气体、抛光材料12晶圆（硅晶片）晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅。晶圆的制造过程硅在自然界中以硅酸盐或二氧化硅的形式广泛存在于岩石、砂砾中，硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤：硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型。硅提炼及提纯沙石原料温度：2000℃，有C源存在的电弧熔炉高温作用C+SiO2（砂石中）化学反应C与O结合，剩下Si纯度98%的纯硅冶金级硅粉碎冶金级硅进行氯化反应气态的HCI投入液态的硅烷蒸馏、化学还原99.999999999%的多晶硅电子级硅进一步提纯二、芯片原材料介绍单晶硅生长、晶圆成型53.662.347.653.35558201020112012201320142015销售收入2010—2015年中国半导体制造用硅材料销售收入（亿元）13掩膜版在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图到晶圆（wafer）制造中间的一个过程，即光掩膜或称光罩(mask)制造。这一部分是流程衔接的关键部分，是流程中造价最高的一部分，也是限制最小线宽的瓶颈之一。掩膜版二、芯片原材料介绍掩膜版制作流程14光刻胶光刻胶是光刻工艺的关键材料，又称光致抗蚀剂，它是一种对光敏感的有机化合物，它受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生变化。光刻胶分类1、根据光刻胶按照如何响应紫外光的特性可以分为两类正胶：曝光前对显影液不可溶，而曝光后变成了可溶的，能得到与掩膜版遮光区相同的图形负胶：曝光前对显影液可溶，而曝光后变成了不可溶的，能得到与掩膜版遮光区不同的图形2010—2015年我国光刻胶销售收入（亿元）2、根据光刻胶能形成图形的最小光刻尺寸来分传统光刻胶（正胶和负胶）适用于紫外光（UV），I线365nm、H线405nm和G线436nm，关键尺寸在0.35um及其以上。化学放大光刻胶适用于深紫外光（DUV），KrF准分子激光248nm和ArF准分子激光193nm。1.31.92.22.833.3201020112012201320142015销售收入二、芯片原材料介绍15高纯化学试剂超净高纯试剂在国际上称为工艺化学品，是集成电路和超大规模集成电路制作过程中的关键性基础化工材料之一。高纯化学试剂用途用于硅圆片工艺加工过程中的硅片清洗。硅圆片在进行工艺加工过程中，常常会被不同的杂志所玷污，因为各种玷污可引起IC芯片产率下降50%左右，为了获得高质量、高产率的集成电路芯片，必须去除硅圆片表面各类沾染物。用于芯片制造中涂胶前的湿法清洗和光刻过程中湿法蚀刻及最终的去胶。高纯化学试剂产品酸类产品硝酸、盐酸、硫酸、氢氟酸、磷酸、过氧化氢、冰乙酸等碱类产品氢氧化铵、氟化铵、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、胆碱等腐蚀剂产品2010—2015年我国高纯试剂企业销售收入（亿元）氟化铵腐蚀液（BOE）、铝腐蚀液（PES）、硅腐蚀液（MAE）、混合酸（3F）、混合酸（4F）、铬腐蚀液、钼腐蚀液、镍银腐蚀液、钛腐蚀液、酸性剥离液等有机溶剂产品甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、戊酮等其他产品去毛剂、漂洗液、剥离液、光刻胶配套试剂、正胶显影液、负胶显影液、高纯清洗剂等。17.83938.942.24446201020112012201320142015销售收入二、芯片原材料介绍16电子气体电子气体是发展集成电路、光电子、微电子，特别是超大规模集成电路、液晶显示器件、半导体发光器件和半导体材料制造过程中不可缺少的基础性支撑源材料，它被称为电子工业的“血液”和“粮食”，它的纯度和洁净度直接影响到光电子、微电子元器件的质量、集成度、特定技术指标和成品率，并从根本上制约着电路和器件的精确性和准确性。电子气体的分类按纯度等级分：纯电子气体、高纯电子气体、半导体特殊材料气体按规模等级和使用场合分：电子级、LSI（大规模集成电路）级、VLSI（超大规模集成电路）级、ULSI（特大规模集成电路）级按纯度分按规模等级分2010—2015年我国电子气体企业销售收入（亿元）10.815.414.216.317.819201020112012201320142015销售收入二、芯片原材料介绍17抛光材料化学机械抛光工艺是一个平坦化处理的过程，旋转的工件以一定的压力压在随工作台一起旋转的抛光垫上，由磨粒和化学氧化剂等配成的抛光液在晶片与抛光垫间流动，在工件表面产生化学反应，生成易于去除的氧化表面，再通过机械作用将氧化表面去除。最后，去除的产物被流动的抛光液带走，露出新的表面，若干次循环去除后最终获得均匀的平坦化晶圆表面。抛光过程抛光材料细分市场份额抛光材料分类2010—2015年我国抛光材料企业销售收入（亿元）二、芯片原材料介绍材料类型优点备注抛光垫硬质比较好地保证表面的平整度包括各种粗布垫、纤维织物垫、聚乙烯垫等-软质可获得加工变质层和表面粗糙度都很小的抛光表面包括聚氨酯垫、细毛毡垫、各种绒毛布垫等抛光液酸性具有可溶性好、酸性范围内氧化剂较多、抛光效率高等优点常用于抛光金属材料，例如铜、钨、铝、钛等-碱性具有腐蚀性小、选择性高等优点常用于抛光非金属材料，例如硅、氧化物及光阻材料等0.60.60.91.41.61.8012201020112012201320142015销售收入18靶材镀膜靶材是通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。靶材靶材分类2010—2015年我国溅射靶材企业销售收入（亿元）1.82.53.14.24.750123456201020112012201320142015销售收入二、芯片原材料介绍分类方法应用实例应用领域半导体膜、介质膜、光学膜、玻璃镀膜材质金属靶材（AI、Sn、Zn、Ti、Ni、Cr、Zr、Ir、Ag、Au、Pt、Hf、Nb、Cu、W、Mo、To等）合金靶材（金铟、不锈钢、铜锡、镍铬、钛铝、钛锆、钛金、金银、金镍、金靶、钨钼等）磁性靶材（纯铁、坡莫合金等）氧化物靶材（氧化铟锡、陶瓷等）靶材形状板状、管状、线装、棒状19化合物半导体由两种或两种以上元素材料以确定的原子配比形成的化合物，并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质的称为化合物半导体材料。砷化镓一种重要的半导体材料。属III-V族化合物半导体。属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。磷化铟性状：沥青光泽的深灰色晶体熔点：1070℃。闪锌矿结构，常温下带宽1.35eV。溶解性：极微溶于无机酸磷化镓人工合成的化合物半导体材料。外观：橙红色透明晶体一种由n从族元素镓（Ga）与vA族元素磷（P）人工合成的m-V族化合物半导体材料氮化镓一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体碲镉汞是由II-VI族化合物碲化镉和碲化汞组成的三元固溶体半导体二、芯片原材料介绍目录1234芯片原材料介绍5芯片制造背景介绍芯片设计芯片封测6投资分析一款芯片的设计开发，首先确定产品应用需求，之后进入系统开发和原型验证阶段。系统开发和原型验证通过后，就进入芯片版图的设计实现阶段，就是数字后端、与模拟版图拼接。芯片版图通过各种仿真验证后就可以生成GDS文件，发给代工厂进行加工。3.1芯片设计流程三、芯片设计芯片硬件设计包括：1．功能设计阶段2．设计描述和行为级验证3．逻辑综合4．门级验证5．布局和布线3.2芯片硬件设计三