作者:王龙兴
摘要:基于统计数据,分析中国芯片制造业的行业规模、晶圆生产线的分布、技术创新和工艺技术水平。内容包括中国大陆 12 英寸、8 英寸和 6 英寸晶圆生产线的发展和建设情况。
关键词:集成电路;芯片制造业;产业状况。
1 行业规模
根据中国半导体行业协会发布的统计数据[1],2018 年中国大陆芯片制造业销售规模为 1 818.2 亿元,比 2017 年增长 25.56%。占中国集成电路产业链的比重为 27.8%。2014~2018 年各年中国芯片制造业的销售规模、增长率以及占中国集成电路产业链的比重如表 1 所示。
据统计,到 2018 年底,中国大陆正在运营的晶圆生产线共有 100 多条,其中 12 英寸(300 mm)晶圆生产线共 10条 ,8 英寸(200 mm)晶圆生产线共 20 条,6 英寸(150 mm)晶圆生产线共50 多条。5 英寸及以下尺寸晶圆生产线大部分已用于半导体分立器件或特种器件芯片生产,或转为科研使用。
根据 IC Insights 的数据,至 2018 年底,中国大陆 8~12 英寸晶圆产能为 236.1 万片/月(等效于 8 英寸晶圆),占全球晶圆总产能的 12.5%,相对于 2017 年仅占 10.8% 的情形,提升了 1.7%。预期到 2020 年,中国大陆晶圆生产线的合计产能将进一步提升到 405 万片/月(等效于 8 英寸晶圆),届时将占全球晶圆总产能 19% 左右。
最近的详细数据表明,截至 2018 年底,中国晶圆制造厂 12 英寸晶圆产能为 60 万片,8 英寸晶圆为 90 万片。6 英寸晶圆为 200 万片。5 英寸晶圆为 90 万片,4 英寸晶圆约为 200 万片,3英寸晶圆约为 50 万片。
2 中国晶圆生产线的分布
近年来,中国大陆除正在运营的原有晶圆生产线之外,还拥有多条已经建成投产或已开工建设的众多晶圆生产线。以下是根据已公开发表的信息资料整理的截至 2018 年底中国大陆 12 英寸、8 英寸和 6 英寸晶圆生产线的发展和建设情况。
2.1 12 英寸(300 mm)晶圆生产线
截至 2018 年底中国大陆正式运营的 12 英寸生产线共 10 条,包括中芯国际(北京)2 条、中芯国际(上海)1 条、华力微电子 1 条、武汉新芯 1 条、SK 海力士(无锡)2 条、三星(中国)1 条、联芯(厦门)1 条和晶合各1条。在 2018 年建成投产的 12 英寸生产线共 6 条,包括华力集成电路(华力二期)、长江存储科技、英特尔(大连)、台积电(南京)、合肥长鑫和重庆万国半导体(新型功率器件生产线)。
目前尚在建设中的 12 英寸生产线 17 条,包括中芯国际(北京)的 B3 生产线、中芯国际(上海)的 SN1 生产线和 SN2 研发生产线、中芯国际(深圳)、三星(中国)扩建生产线、福建晋华、格芯(成都)(目前已暂停)、华虹(无锡基地)、粤芯半导体、南京紫光存储、紫光国际存储、厦门士兰集科、德淮半导体、时代芯存、武汉弘芯、上海积塔半导体和芯恩(青岛)等各 1 条。已有计划待建的 12 英寸生产线 2 条,包括华润微电子(重庆)和矽力杰半导体各 1 条。
(1)中芯国际(SMIC)。中芯国际是全球第四大纯晶圆代工企业,也是国内规模最大、技术最先进的晶圆代工企业。目前可以为全球客户提供 0.35μm 到 28 nm 的晶圆代工和技术服务。2018 年 14 nm FinFET 工艺技术已开发成功,2019 年上半年导入量产。12 nm FinFET 工艺研发也已突破。
中芯国际自 2000 年建立至 2018 年底,在国内共拥有正在运营的 3 条 12 英寸生产线和 6 条 8 英寸生产线。其中,12 英寸生产线分别是北京的 B1 和 B2A 生产线,以及上海的 S2A 生产线。8 英寸生产线分别有上海的 S1(Fab1)和 S2(Fab2)生产线,以及在天津、深圳和宁波各拥有一条 8 英寸生产线。此外,中芯国际在上海还拥有 1 条 8 英寸晶圆铜互连加工生产线,专用于制作铜互连工艺。这些正在运营的生产线合计产能相当于 40 万片 8 英寸晶圆当量,如表 2 所示。
对于中芯国际(天津)8 英寸生产线,2016 年10 月开始实施产能扩充计划,总投资 15 亿美元,产能由原 4.5 万片/月提升至 15 万片/月,成为全球最大的单体 8 英寸晶圆生产线,截至 2018 年第四季度,产能已提升至 6 万片/月。
自 2016 年以来,中芯国际在北京、上海和深圳启动了建设新 12 英寸生产线,其中,2016 年 9 月中芯北方公司开工建设 B3 生产线,总投资 40 亿美元,工艺技术为 28~14 nm CMOS,产能 3.5 万片/月。2017 年 10 月中芯国际在上海投资 675 亿元新建两条 12 英寸生产线,SN1 和 SN2。其中 SN1 主要用于研发 14~10 nm CMOS 先进工艺,产能为 3.5 万片/月。SN2 主要用于量产 28~14~10 nm 制程芯片,产能目标也为 3.5 万片/月。2017 年 11 月中芯国际启动了位于深圳的中国华南地区第一条 12 英寸生产线建设,项目总投资 106 亿元,技术水平为 90~40 nm CMOS,产能为 4.0 万片/月。2018 年 5 月,中芯国际在绍兴启动 8 英寸生产线厂房建设,标志着中芯国际微机电系统(MEMS)和新型功率器件产业化项目正式开工建设,项目首期投资 58.8 亿元。一期专注于微机电系统和新型功率器件领域晶圆和模组代工。二期引入晶圆级封装和模组封装,并建设成为一个综合性的特色工艺基地。中芯国际在建的 12 英寸和 8 英寸生产线项目情况一并列于表 3。
(2)上海华力微电子和上海华力集成电路。上海华力微电子(华力一期、“909”工程升级改造项目)的 12 英寸生产线,自 2011 年建成投产以来,不断进行扩容和技术升级。目前制程技术为 55~40~28 nm CMOS,产能为 3.5 万片/月。
上海华力集成电路(华力二期、“910”工程项目、上海华虹集团 Fab6)12 英寸生产线,自 2016 年 12 月开工建设以来,2017 年 11 月完成厂房建设,2018 年 5 月首台工艺设备光刻机进场,2018 年 10 月 18 日生产线正式投片,开始 28 nm 制程芯片制造。
(3)武汉新芯集成电路制造有限公司。武汉新芯 12 英寸生产线自 2008 年 9 月建成投产后,与世界知名闪存厂商飞索公司(Spansion)合作,开展 Flash 制造代工,并自主开发 NOR Flash 闪存工艺技术和数模混合 SoC 芯片制造技术,产能提升到 2.0 万片/月。
2018 年 8 月,武汉新芯召开二期扩产项目推进会,规划总投资 17.8 亿美元,建设 NOR Flash、微控制器(MCU)和三维特种工艺等三大工艺平台,按照规划目标 NOR Flash 产能从 0.8 万片/月提升到 2.0 万片/月,微控制器产能继续扩充 0.5 万片/月,并推进三维特种工艺的规模量产。
(4)长江存储科技有限责任公司。在国家集成电路产业投资基金和紫光集团的大力支持下,2016 年 7 月,长江存储科技有限责任公司成立,并开始实施国家存储器基地建设项目,项目总投资 240 亿美元,计划到 2020 年形成月产 30 万片,到 2030 年建成月产 100 万片规模。2016 年 12 月,国家存储器基地项目开工建设,2017 年 9 月,国家存储器基地一期工程厂房提前封顶。2018 年 4 月一期工程设备进场安装,2018 年底建成流片,并研发成功 32 层 3D NAND Flash 产品。
(5)合肥晶合集成电路有限公司。2015 年 10 月,合肥市政府和中国台湾力晶半导体公司合资建设的合肥晶合集成电路项目(一期)开工建设,项目总投资 128.1 亿元。产品为 0.11~0.18 μm显示驱动芯片,以后自行研制 55 nm 工艺技术。产能目标为4万片/月。2016 年 11 月一期厂房封顶,2017 年 4 月工艺设备进场安装,2017 年 10 月正式量产。2018 年 12 月达到 1 万片/月产能,计划到 2019 年底实现 2.5 万片/月。该项目计划共建设 4 座 12 英寸晶圆生产线。目前已完成 N1 和 N2 两个厂房主体建设。
(6)合肥长鑫集成电路有限责任公司。合肥长鑫是中国继武汉长江存储器基地之后国家第二个存储器基地。2016 年 5 月合肥长鑫存储器“506”项目启动,2017 年 3 月开工建设厂房,2018 年 1 月开始安装设备,2018 年 7 月合肥长鑫 12 英寸生产线正式投片。
(7)台积电(南京)有限公司(Fab16)。2016 年 3 月台积电(南京)12 英寸晶圆生产线及设计服务中心项目正式落户南京市江北新区,项目总投资为 70 亿美元,项目一期投资 30 亿美元,建设 12 英寸 16 nm FinFET 晶圆代工生产线。2016 年 7 月项目一期正式开工建设,2017 年 9 月机台开始进场安装,2018 年 5 月开始投产,2018 年 10 月,台积电(南京)正式宣布 Fab16 进入量产。目前月产能为 1 万片,2019 年底前提升到 1.5 万片/月,2020 年第一季度达到 2.0 万片/月。
(8)英特尔(大连)有限公司(Fab68)。2010 年 10 月,英特尔在大连投资 25 亿美元建设的 12 英寸 65~40 nm CMOS 生产线建成投产,产能为 3.0 万片/月,主要为英特尔生产计算机配套芯片组。随着世界 NAND Flash 市场发展,2015 年 10 月,英特尔与大连市共同举行“大连•英特尔非易失性存储器制造项目”签约仪式,英特尔投资 55 亿美元,实施 12 英寸生产线二期工程,Fab68 改造生产 3D NAND Flash。2018 年第二季度,英特尔宣布 Fab68 二期投产,主要生产 96 层 3D NAND Flash。
(9)联芯集成电路制造(厦门)有限公司。联芯集成电路是中国台湾联华电子(UMC)与厦门市人民政府及福建省电子信息集团合资建立的 12 英寸晶圆代工服务企业,该项目总投资 62 亿美元。2014 年底开始筹建公司,2015 年 3 月生产线开工建设,2016 年 11 月建成投产。可提供 40~28 nm FinFET 晶圆代工服务(其中 28 nm 工艺技术从联华电子引进)。2018 年 2 月投产 28 nm HK/MG 工艺技术,成为继中芯国际之后中国第二家同时具备 PolySiON 和 HK/MG 制程的代工厂家。2017 年底通过增资不断提升产能,2017 年第四季度月产能为 1.2 万片,2018 年第四季度提升至 1.7 万片,2018 年实现月产能 2.5 万片的预期目标。据报道,联芯的 28 nm HK/MG 试产良率高达 98%。
(10)SK 海力士半导体(中国)有限公司。韩国海力士公司是最早在中国大陆投资建设 12 英寸晶圆生产线的国外厂商。2008 年海力士恒忆(无锡)建设的两条 12 英寸生产线 HC1 和 HC2 相继投产,计划产能分别为 10 万片/月和 4 万片/月,技术水平为 90~40 nm CMOS。后来 SK 集团收购海力士公司,更名为 SK 海力士半导体(中国)有限公司,生产线专用于生产 NAND Flash 芯片,经相继 5 期升级改造,SK 海力士(无锡)的市场规模更大发展。2017 年 10 月,SK 海力士与无锡市政府就 12 英寸生产线第 6 期技术升级和扩产项目签约,项目总投资高达 86 亿美元,升级扩容完成后,形成月产能为 20 万片 10 nm 制程等级的 DRAM 和 3D NAND Flash 芯片生产能力。该项目估计在 2020 年建成投产。
(11)广州粤芯半导体技术有限公司。粤芯半导体是国内第一座以虚拟 IDM 为营运策略的 12 英寸晶圆厂,也是广州第一条 12 英寸生产线。项目投资 70 亿元。采用 0.18~0.13μm 工艺技术,产品包括微处理器、电源管理和模拟芯片等。2017 年 12 月举行开工仪式,2018 年 10 月主体厂房封顶。计划在 2019 年 6 月投片,2019 年第四季度正式生产。
(12)华虹半导体(无锡)有限公司。2017 年 8 月,上海华虹集团与无锡市政府及国家集成电路产业投资基金(大基金)签订投资协议。三方在无锡投资建设 12 英寸晶圆生产线。为此,国家“大基金”向华虹注资 9.22 亿美元,其中 4 亿美元注资华虹半导体,持股 18.94%;5.22 亿美元注资华虹无锡集成电路研发和制造基地,持股 29%。
华虹无锡集成电路研发和制造基地项目占地约 700 亩,总投资 100 亿美元,其中,项目一期总投资 25 亿美元,新建一条工艺等级为 90~55 nm 的 12 英寸特色工艺的晶圆生产线。2018 年 3 月,华虹无锡集成电路研发和制造基地项目开工建设,至 2018 年 12 月实现主体厂房结构封顶。计划在 2019 年下半年完成净化厂房建设和设备安装, 2020 年正式投产。
(13)三星(中国)半导体有限公司。2012 年 6 月韩国三星电子落户西安市,成立三星(中国)半导体有限公司,并兴建 12 英寸闪存芯片生产线,2013 年 9 月开工建设,一期投资 70 亿美元,技术水平为 20~10 nm,采用叠层工艺生产 3D NAND Flash,2014 年 5 月竣工投产,产能逐次提升至目前 14 万片/月。
2018 年 3 月,三星(中国)宣布在西安举行第二条 3D NAND Flash 芯片生产线建设,未来三年继续投资 70 亿美元,扩大 3D NAND Flash 产能,由目前的 14 万片/月提升至 20 万片/月以上。该生产线计划在 2019 年底前投产。
(14)成都紫光国芯存储科技有限公司。成都紫光国芯存储科技有限公司是紫光集团在国内投资建设的第三个存储器产业基地。该基地项目占地面积为 1 200 亩,总投资为 240 亿美元,建设 12 英寸 3D NAND Flash 产品生产线,并旨在开展存储器芯片、模块及关联产品的研发、制造和销售。项目全部建成后可形成 12 英寸晶圆 30 万片/月。2018 年 10 月紫光成都存储器制造基地项目开工建设。
(15)上海积塔半导体有限公司。2017 年 12 月,中国电子信息产业集团和上海市政府签署了投资千亿元级战略合作协议,积塔半导体特色工艺生产线项目是该战略合作协议的第一个落地项目。项目总投资 359 亿元,整体目标是建设月产能为 6 万片的 8 英寸特色工艺生产线和月产能 5 万片 12 英寸特色工艺生产线各一条。产品主要是新型功率器件、电源管理、传感器和模拟等芯片,以面向物联网、工业控制、汽车电子和新能源等市场需求。2018 年 8 月,积塔半导体 8 英寸特色工艺生产线正式开工。至 2018 年底已完成全部桩基工程。待 8 英寸生产线完成建设后适时开展 12 英寸生产线建设。
(16)重庆万国半导体科技有限公司(AOS)。2015 年 9 月美国万国半导体科技公司(AOS)与重庆市两江新区管委会签署了“12 英寸功率半导体芯片制造及封装测试生产基地项目投资协议”,2016 年 4 月成立重庆万国半导体科技有限公司,主要从事功率半导体产品设计和制造,2017 年 2 月开工建设生产线,2018 年 3 月开始装机,2018 年第 4 季度投产。
(17)福建晋华集成电路有限公司。2016 年 2 月晋华集成电路公司成立。该公司由福建省电子信息集团及泉州市、晋江市两级政府共同出资建立。公司专注于 DRAM 产品研发和制造,并与台湾联电(UMC)开展技术合作,共同开发 32 nm DRAM 制程,该技术由联电在台湾南科研发后,转移到晋华生产。2016 年 10 月 18 日,晋华首座 12 英寸生产线开工建设,2017 年 11 月生产线厂房封顶,2018 年 7 月工艺设备进场。到 2019 年正式投产。到 2020 年底将达到 6 万片/月产能,并适时启动项目二期建设,到二期结束时,总产能提升至 24 万片/月。2018 年 10 月美国商务部公布对晋华实施技术出口管制,目前项目一定程度上受阻。
(17)厦门士兰集科微电子有限公司。杭州士兰微电子与厦门半导体投资集团共同投资建立厦门士兰集科微电子有限公司,公司注册资本为 20 亿元,其中厦门半导体投资集团出资 17 亿元,占股 85%,士兰微电子出自 3 亿元,占股 15%。项目计划建设两条以 MEMS、功率器件为主要产品的 12 英寸生产线,总投资 170 亿元。第一条生产线总投资 70 亿元,工艺技术为 90 nm,月产能为 8 万片/月。第一条生产线分两期实施,其中一期投资 50 亿元,实现产能 4 万片/月,二期投资 20 亿元,增加产能 4 万片/月。第二条 12 英寸生产线为项目三期,总投资 100 亿元,工艺技术提升至 90~65 nm。2018 年 10 月,厦门士兰集科微电子 12 英寸特色工艺生产线正式开工。
(18)南京紫光存储科技控股有限公司。南京紫光存储科技是紫光集团在南京建设的国内第二个存储器产业基地。项目计划总投资 300 亿美元,基地直接生产 64 层 3D NAND Flash 芯片,其中,项目一期投资 105 亿美元,主要产品为 3D NANA Flash、DRAM 存储器芯片,月产能为 10 万片。2018 年 9 月项目开工建设。项目全部建成后可形成 12 英寸 3D NAND Flash 和 DRAM 晶圆月产能 30 万片。
(19)德淮半导体有限公司。德淮半导体是德科玛公司和淮安市政府合资建立的一家专注于 CMOS 图像传感器制造的半导体公司,项目规划建设三座 12 英寸 CMOS 图像传感器(CIS)芯片生产线,总投资 500 亿元,首期投入 150 亿元,技术水平为 110~65 nm CIS 工艺,计划年产 24 万片。2016 年 1 月公司成立,3 月首座 12 英寸生产线破土动工,4 月在日本成立芯片设计公司,2016 年 12 月与意法半导体(STM)签署工艺授权协议,同时与安森美半导体(On Semiconductor)签署 CIS 技术授权协议。2017 年 6 月首期厂房封顶,2018 年 4 月开始设备进场。
(20)时代芯存半导体有限公司。江苏时代芯存半导体是一家致力于开发和生产 PCM(相变存储器)的专业公司,项目总投资 130 亿元,其中,一期投资 43 亿元,2016 年 9 月生产线破土动工,规划年产 10 万片 12 英寸 PCM 晶圆。2017 年 6 月与 IBM 公司签署相变存储知识产权转移和大容量存储器研发合作协议。2017 年 11 月主体厂房封顶,2018 年 4 月开始设备进场。2018 年 12 月该企业入选工信部存储器“一条龙”应用计划、“示范企业”和“示范项目”。
(21)武汉弘芯半导体制造有限公司。该企业由北京光量蓝图科技有限公司和武汉临空港经济技术开发区工业发展投资集团有限公司投资建设。项目总投资 1 280 亿元,目标建成规模最大的 12 英寸协同式 CIDM 晶圆厂,并开展集成电路制造代工业务,项目一期、二期产能均为 4.5 万片/月,计划各在 2019 年底 和 2021 年底投产。工艺技术采用先进逻辑工艺、成熟主流工艺和射频特色工艺等,并持续研发先进制程技术。
(22)芯恩(青岛)集成电路有限公司。项目拟建成中国首个协同式集成电路制造企业(CIDM),总投资 150 亿元,一期投资 78 亿元,新建 8 英寸、12 英寸集成电路生产线各一条和光掩模板生产线一条,2018 年 5 月项目正式开工,计划 2019 年底一期投产,2022 年实现满产。
(23)华润微电子的重庆西永微电园区12英寸生产线项目。2018年11月5日,华润微电子与重庆西永微电园区签署协议,共同发展 12 英寸功率半导体晶圆制造项目。项目计划总投资 100 亿元,主要生产新型 MOSFET、IGBT、电源管理芯片等产品。目前该项目有待正式开工。
(23)矽力杰半导体有限公司的青岛 12 英寸生产线项目。2018 年 7 月矽力杰半导体有限公司与青岛市政府签约,共同投资 180 亿元建设一条 12 英寸先进模拟集成电路芯片生产线。规划月产能为 4.0 万片。该项目正式开工信息未见发布。
2.2 8 英寸(200 mm)晶圆生产线
据统计,截至 2018 年底中国大陆正在运营的 8 英寸生产线共有 20条,2018 年建成投产的 8 英寸生产线共 4 条, 在建 8 英寸生产线 8 条,合计 32 条。
(1)中芯集成电路制造(宁波)有限公司。中芯集成电路(宁波)是由中芯国际和宁波胜芯、华创投资等联合组建,项目以特色工艺技术,如射频、高压模拟、光电器件和传感器等为主要发展方向,开展晶圆代工和定制产品的设计制造服务。项目总投资 100 亿元,工艺技术 0.5~0.09 μm 特色工艺,项目又分为 N1 和 N2 两条 8 英寸生产线。2018 年 8 月,N1 生产线正式投产,同时 N2 生产线开工建设,N2 项目投资 55 亿元,年产 33 万片 8 英寸汽车电子及模拟芯片晶圆。
(2)中芯集成电路制造(绍兴)有限公司。由中芯国际和绍兴市政府共同投资 58.8 亿元建设中芯集成电路制造(绍兴)有限公司,该项目主要生产 IGBT 及 MEMS 芯片。2018 年 5 月项目举行奠基仪式。
(3)北京燕东微电子科技有限公司。北京燕东微电子成立于 1987 年,原来仅有一条 6 英寸生产线。2016 年 9 月北京燕东微电子与马来西亚 Silterra 公司签订合作协议,共同建设一条月产 5 万片、技术水平为 0.25~0.09 μm BCD 的 8 英寸生产线。建设地址在北京亦庄经济技术开发区,项目总投资 48 亿元,2018 年 6 月主体厂房封顶,2018 年 12 月第一片 8 英寸晶圆下线,实现了Trench MOSFET/30 V 产品的全线贯通。
(3)上海新进芯微电子有限公司。上海新进芯微电子有限公司是上海新进半导体制造有限公司在上海松江区建设的集成电路芯片制造企业,原有 6 英寸 0.6~0.35 μm BCD 工艺生产线一条。2015 年启动 6 英寸/8 英寸升级计划,2016 年开始安装设备,2017 年底完成了对 8 英寸晶圆质量评估,2018 年底 8 英寸晶圆月产能提升到 1 万片。
(4)海辰半导体(无锡)有限公司。2018 年 7 月 SK 海力士旗下晶圆代工子公司 SK 海力士系统 IC 公司与无锡产业发展集团有限公司合资组建海辰半导体(无锡)有限公司,并启动建设 8 英寸模拟芯片生产线,项目总投资为 67.9 亿元,规划年产能为 126 万片。SK 海力士系统 IC 公司负责晶圆制造设备,据说 SK 海力士位于韩国清州 M8 工厂的 8 英寸设备运至无锡,无锡产业发展集团公司负责提供其他必要的基础设施。项目计划在 2019 年 10 月竣工投产。
(5)杭州士兰集昕微电子有限公司。杭州士兰集昕微电子是杭州士兰微电子旗下的晶圆制造企业。2015 年开工建设 8 英寸生产线,2016 年底完成厂房建设和设备安装,2017年3月产出第一片合格晶圆,2017 年 6 月正式量产。目前已有高压集成电路、高压 MOSFET、肖特基二极管、IGBT、功率集成电路等多个产品量产。2018 年 6 月产能为 2.0 万片/月,年底提升至 3 万片/月。
(6)上海积塔半导体有限公司。详见 12 英寸晶圆生产线部分对上海积塔半导体有限公司介绍。
(7)德科玛(南京)半导体科技有限公司。2015 年 10 月,德科玛落户南京江北新区成立德科玛(南京)半导体有限公司。11 月与南京经济技术开发区签约,合资建设 8 英寸和 12 英寸晶圆生产线。项目总投资 25 亿美元,项目分两期建设,一期为建设 8 英寸生产线一座,规划月产能 4.0 万片,以电源管理芯片和微机电系统芯片为主。2016 年 6 月开工建设,2017 年 8 月开展与以色列塔富半导体(Tower Jazz)技术合作,项目有望于近期建成投产。
(8)上海微技术工业研究院。上海微技术工业研究院建成一条由中科院与上海市政府共同投资建设的 8 英寸超摩尔(More than Moore)研发中试线。拥有近 5 000 平方米的微纳加工超净厂房,可以开展表面、体内、3D 微纳加工技术及新工艺、新器件、新系统的研发和量产。生产线部署了 MEMS、硅光子、射频、硅基三五族、3D 集成、MR 磁传感、功率及生物等相关工艺设备及测试系统,以开展相关工艺技术研发。
2.3 6 英寸及以下尺寸晶圆生产线
由于硅技术的快速发展,近几年来,国内 6 英寸及以下尺寸硅晶圆生产线的新建扩建已很少进行。有关信息可参考 2018 年出版的《2018 年上海集成电路产业发展研究报告》第二章第四节的相关内容。
2.4 化合物半导体晶圆生产线
近年来,随着化合物半导体重要性的日益提升,第二代半导体(以 GaAs 为代表)和第三代半导体(以 GaN、SiC 为代表)材料和芯片生产线不断涌现,并快速成长。表 4 给出了目前中国已建成投产的化合物半导体芯片生产线的汇总表。由于技术限制,虽然这些生产线使用的大都是 4 英寸或 6 英寸的化合物半导体晶圆,生产线的量产规模也不大,但是这些生产线构成了中国目前化合物半导体器件和材料的主要基础。
3 技术创新和技术水平
2018 年是中国芯片制造业技术创新业绩最为显著、技术水平提升最为迅速的一年。国内主要的芯片制造企业,如中芯国际、华力微电子、华虹宏力和长江存储等都在技术创新和技术水平方面大幅推进,构建了 2018 年中国集成电路芯片制造业技术创新和技术发展的主流。
(1)中芯国际。2018 年中芯国际在先进工艺开发方面取得了突破性进展,第一代 14 nm FinFET 工艺进入客户验证阶段,在 2019 年二季度导入量产。同时,更先进的 12 nm FinFET 工艺研发也有突破。14 nm 和 12 nm 工艺技术的进展使中芯国际进一步缩小与台积电、三星等世界一线晶圆代工厂商制程技术的差距。据海通电子报道,相比于 28 nm HKC+,中芯国际的 14 nm FET 工艺芯片的速度增加 60%,功耗降低 70%,面积减少 50%。中芯国际提供的第一代 FinFET 工艺包括 12 nm 技术,相比于 14 nm 晶体管尺寸又进一步缩微,功耗再降低 20%,性能再提升 10%,错误率再降低 20%。目前中芯国际正在就 12 nm 技术与同一批 14 nm 技术客户进行合作。2018 年年中,中芯国际还向 ASML 订购了一台单价达 1.2 亿美元的 EUV 极紫外光刻机,在 2019 年初交付,该设备可用于 7 nm 工艺的研发和制造。
目前世界上具备 14 nm 工艺的晶圆代工厂商,除了台积电和三星之外,还有格罗方德和联电。2018 年格罗方德宣布,在未来一段时间里专注于射频、嵌入式存储器、低功耗定制产品在 14 nm、12 nm FET 工艺改进,还计划把重点放在 22FDX 和 12FDX(22 nm FD-SOI 和 12 nm FD-SOI)工艺上,以迎合低功耗、低成本以及高性能的RF/模拟/混合信号芯片的需要。联电同样宣布了放弃对更先进工艺的追踪,目前其最先进的工艺也是 2017 年实现量产的 14 nm FinFET 工艺。因此,随着中芯国际 14 nm FinFET 工艺进入量产,表明中芯国际已进入全球晶圆代工的二线阵营。图 1 展示了 IC Insights 发布的全球晶圆制造六大厂商在 2013~2019 年逻辑/晶圆代工进入量产工艺的发展路线图。
(2)上海华虹集团。201 8年上海华虹集团首次在两地同时推进两条 12 英寸生产线建设。华虹微电子(华力二期,华虹六厂)新建 12 英寸生产线自 2017 年底开工建设以来,进展顺利,提前两个半月于 2018 年 10 月建成投片,实现 28 nm 低功耗工艺正式量产。除了 28 nm 工艺之外,华力微电子也开始了 14 nm 工艺研发。2018 年 5 月,华力微电子也正式搬入了首台 ASML NXT 1980Di 光刻机。该型号是目前国内集成电路生产线上最为先进的 193 nmArF 浸没式投影光刻机。
华虹无锡集成电路研发和制造基地(华虹七厂)是华虹集团除上海张江、金桥、康桥之外的第四个集成电路研发制造基地,主要发展 90~65 nm 特色工艺。至此,在华虹集团内形成了覆盖 0.5 μm至 14 nm工艺节点,兼具各大应用特色工艺完整的技术布局,如图 2 所示。
到 2020 年,华虹集团扩张建成金桥、张江、康桥和无锡4大制造基地,总产能增加至 35 万片/月(折合 8 英寸晶圆),先进量产工艺技术延伸至 14 nm,先导研发工艺达到 7~5 nm,为支持 5G、IoT 等新兴领域技术发展做出重要保证。
(3)长江存储科技。长江存储是中国主要的存储器产业基地,主攻 3D NAND Flash 芯片制程的开发和量产。总投资 240 亿美元,计划共建三座 3D NAND Flash 厂房,其中第一阶段的厂房已于 2017 年 9 月完成建设,2018 年实现投产,在 2020 年形成月产 30 万片规模。2016 年与中科院微电子所合作研发 3D NAND Flash,2018 年 32 层 3D NAND Flash 芯片实现试产,并获得了第一张订单,2019 年长江存储 64 层 3D NAND Flash 实现量产,单颗容量为 128 Gb(16 GB)。
(4)华润微电子。根据华润微电子的报道, 2018 年华润上华科技有限公司已成功开发出第三代 0.18 μm BCD 工艺平台,新一代 BCD 工艺在降低导通电阻的同时,可覆盖 7~40 V 宽广工作电压范围,提升了器件可靠性,降低了工艺成本,为电源管理芯片设计提供了更为先进的工艺方案。
华润上华的第三代 0.18 μm BCD 工艺基于大量的仿真和流片数据,对高压器件结构进行优化,综合性能做到业界领先水平。其中 30V nLDMOS 的击穿电压达到 50 V,导通电阻仅为 15 mΩ/mm2,相比第二代 0.18 μm BCD 工艺在品质因子指标上优化 25%。新一代 BCD 工艺平台还提供了 BJT、Poly 电阻、Zener、SBD 等种类丰富的寄生器件,以及针对不同工作电压的 ESD 保护方案。目前已为手机、安防监控、消费电子等多个领域的客户导入产品。
4 结语
2018 年,中国大陆是全球晶圆制造业增长最快的地区。2018 年中国芯片制造业的销售规模为 1 818.2 亿元,同比增长 25.56%。与此同时,中国大陆又有 6 条 12 英寸晶圆生产线和 4 条 8 英寸晶圆生产线建成投产。长期以来,中国一直将芯片制造业视为集成电路产业发展的主要基础。中国芯片制造业的持续快速发展和晶圆生产线不断建成投产,为中国集成电路设计业、封装测试业和设备材料业的协同发展提供了先决的前提。
参考文献
[1] 上海市集成电路行业协会.2019年上海集成电路产业发展研究报告[M].北京:电子工业出版社,2019.
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