半导体制造技术范文

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.038

0 引言

人来研究半导体器件已经超过135年[1]。尤其是进近几十年来，半导体技术迅猛发展，各种半导体产品如雨后春笋般地出现，如柔性显示器、可穿戴电子设置、LED、太阳能电池、3D晶体管、VR技术以及存储器等领域蓬勃发展。本文针对半导制造技术的演变和主要内容的研究进行梳理简介和统计分析，了解半导体制造技术的专业技术知识，掌握该领域技术演进路线，同时提升对技术的理解和把握能力。

1 半导体技术

半导体制造技术是半导体产业发展的基础，制造技术水平的高低直接影响半导体产品的性能及其发展。光刻，刻蚀，沉积，扩散，离子注入，热处理和热氧化等都是常用的半导体制造技术[2]。而光刻技术和薄膜制备技术是半导体制造技术中最常用的工艺，下面主要对以上两种技术进行简介和分析。

2 光刻技术

主流的半导体制造过程中，光刻是最复杂、昂贵和关键的制造工艺。大概占成本的1/3以上。主要分为光学光刻和非光学光刻两大类。据目前所知，广义上的光刻（通过某种特定方式实现图案化的转移）最早出现在1796年，AloysSenefelder发现石头通过化学处理后可以将图像转移到纸上。1961年，光刻技术已经被用于在硅片上制造晶体管，当时的精度是5微米。现在，X射线光刻、电子束光刻等已经开始被用于的半导体制造技术，最小精度可以达到10微米。

光学投影式光刻是半导体制造中最常用的光刻技术，主要包括涂胶/前烘、曝光、显影、后烘等。非光学光刻技术主要包括极深紫外光刻（EUV）、电子束光刻（E-beam Lithography）、X射线光刻（X-ray lithography）。判断光刻的主要性能标准有分辨率（即可以曝光出来的最小特征尺寸）、对准（套刻精度的度量）、产量。

随着半导体行业的发展，器件的小型化（特征尺寸减小）和集成电路的密集度提高，传统的光学光刻制造技术开始步入发展瓶颈状态，其面临的关键技术问题在于如何提高分辨率。

虽然，改进传统光学光刻制造技术的方法多种，但传统的光学投影式技术已经处于发展缓慢的阶段。与传统的投影式光刻技术发展缓慢相比，下一代光刻技术比如EUV、E-beam、X-ray、纳米压印等的发展很快。各大光刻厂商纷纷致力于研制下一代光刻技术，如三星的极紫外光刻、尼康的浸润式光刻等。目前先进的光刻技术主要集中在国外，国内的下一代光刻技术和光刻设备发展相对较为滞后。

3 薄膜制备技术

半导体制造工艺中，在硅片上制作的器件结构层绝大多数都是采用薄膜沉积的方法完成。薄膜的一般定义为在衬底上生长的薄固体物质，其一维尺寸（厚度）远小于另外二维的尺寸。常用的薄膜包括： SiO2， Si3N4， poli-Si， Metal等。常用的薄膜沉积方法分为化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）和物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）两种。化学气相沉积利用化学反应生成所需的薄膜材料，常用于各种介质材料和半导体材料的沉积，如SiO2， poly-Si， Si3N4等[3]。物理气相沉积利用物理机制制备所需的薄膜材料，常用于金属薄膜的制备，如Al， Cu， W， Ti等。沉积薄膜的主要分为三个阶段：晶核形成―聚集成束―形成连续膜。为了满足半导体工艺和器件要求，通常情况下关注薄膜的一下几个特性：（1）台阶覆盖能力；（2）低的膜应力；（3）高的深宽比间隙填充能力；（4）大面积薄膜厚度均匀性；（5）大面积薄膜介电＼电学＼折射率特性；（6）高纯度和高密度；（7）与衬底或下层膜有好的粘附能力。台阶覆盖能力以及高的深宽比间隙填充能力，是薄膜制备技术的关键技术问题。我们都希望薄膜在不平整衬底表面的厚度具有一致性。厚度不一致容易导致膜应力、电短路等问题。而高的深宽比间隙填充能力则有利于半导体器件的进一步微型化及其性能的提高。同时，低的膜应力对所沉积的薄膜而言也是非常重要的。

4 结语

虽然，与不断更新换代的半导产品相比，半导体制造技术发展较为缓慢，大部分制造技术发展已经趋于成熟。但是，随着不断发展的半导体行业，必然会对半导体制造技术的提出更高的要求，以满足半导体产品的快速发展。因此，掌握和了解半导体制造技术的相关专利知识有利于推进该领域的发展。

参考文献：

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中图分类号：F062 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）31-0012-02

一、现状分析

在日本九州，生产半导体的企业在1990年是200个，2000年达到400个，2005年企业数激增至650个。其中70%是中小企业。

九州的半导体工厂建设最初是在1967年，是自IC发明九年之后的事情。当时著名的三菱电机在九州的熊本县开始组建半导体的生产体系。那时的工厂只有43名员工。伴随着著名的九州硅谷的诞生及IC生产的开始，东芝、九州日本电气（NEC）等相继在九州开设半导体工厂。为什么在九州开设那么多半导体工厂，有如下几个原因：

1．在当时的半导体制造中即硅片等的洗净工程上及其他需要大量超纯水作为原水。而九州阿苏外轮山周边有丰富的泉水，最适合于半导体制造。

2．IC的生产需要大量的电力，而九州的电力供给完全可以满足IC的生产。

3．半导体工厂作业需要较多的女性劳动力在九州亦有所保证。

4．航空运输方便。IC一般不使用铁路和船运输，只使用飞机。当时的九州有五个飞机场，运输极为便利。

5．九州地方政府出台了许多有利于企业发展的诸如税收等优惠政策。

6．在日本中部及其他地方生产半导体产品的成本较九州高许多。

这样就吸引了大批企业进入九州生产IC。如

图1所示。

资料来源：财团法人九州经济调查协会编：《九州产业读本》，西日本新闻社出版，2007年3月22日第一版，第86页。

图1 九州半导体产业结构

1980年代初，全日本几乎40%的IC是在九州生产的。半导体产业领域非常宽广，各领域的企业关联度很大。这是由半导体的制造程序决定的。下图是半导体的制造程序。

图2 半导体主要制造程序图

资料来源：财团法人九州经济调查协会编：《九州产业读本》，西日本新闻社出版，2007年3月22日第一版，第83页。

再稍微细分一些，半导体制造主要有五个程序或工程阶段：（1）设计；（2）前工程；（3）后工程；（4）设备制造；（5）原材料。

1．设计。IC的设计是由大型电机制造系列企业或独立的设计公司来完成的。在九州最大的设计制造商是熊本的NEC微型系统，约有500名设计师。其他的设计制造商在福冈市、北九州市或分布在其周边。作为大型IDM系列设计企业还有，索尼LSI（微型）设计公司（福冈市），日立超LSI（微型）系统九州开发中心（福冈市），富士通网络技术公司（福冈市），东芝微型电子工程公司（北九州市）等。作为独立体系的投资设计公司较大规模的在福冈市有2个，在北九州市有3个。

最近，在福冈市和北九州市，建立了许多新的设计公司。这是因为这些优秀的工程设计比日本其他地方容易被采用。这些设计，不仅包括IC，而且还包括基板的设计、工具的设计等。在九州同设计有较强关系的企业达120个之多。

2．前工程。被称为前工程的薄片（硅片）设计工厂在九州有17个。仅索尼半导体九州公司就有3个工厂。他们使用最新的设备制造CMOS传感器等。还有九州日本电气、三菱电机、东芝半导体大分工厂等均使用国际较为尖端的技术进行生产制造。

3．后工程。后工程主要是进行IC的安装和检测。这项工作主要由大型IDM系列企业及其协作企业来完成。后工程在NEC集群中约占全体的80%，在尖端技术中约占全体的30%。这项工程主要在九州和离九州很近的山口县进行。除此以外，索尼集团在九州的大分县拥有日本国内唯一的后工程基地。而且在当地培育了许多协作企业。以原来的公司精机产业为首，包括协作企业，共有84个企业进行IC的安装测试。

4．设备制造。半导体设备制造的牵头企业是东京电子分公司东京电子九州（佐贺县乌栖市）。主要是制造感光剂涂布设备和曝光后的显象设备。真空设备大户的电子东京都在九州、在鹿儿岛和熊本拥有主要的工厂。拥有世界上最先进仪器设备的索尼（佐贺县乌栖市）也把总部设在了九州，从研究开发、制造，到销售贩卖实行一条龙全方位发展战略。另外，万能表大型制造商的东京都电子和东京都电气也分别在北九州市和熊本县大津街建立了开发制造基地，从而也培育了地方企业较强的设备制造能力。这样的企业以樱井精技公司为首，还有上野精机公司（福冈县水卷街）林公司（福冈市）、半导体福冈――（福冈市）、石井工作研究所等。而且，象安川电机（北九州市）和日本富安电气（福冈县宫若市）、第一施工业（福冈县古贺市）等那样，应用半导体制造技术，向着电子控制设备制造方向发展的企业也很多。半导体设备制造及设备零部件制造的企业在九州共有221个公司。

5．原材料。硅片制造商SUMCOL东京都在佐贺县伊万里市拥有最新式的工厂，从事30万分之一毫米薄片的制造。全世界15%以上的硅片是九州生产制造的。不仅日本国内，海外也从福冈机场运送这种产品。而且还有在半导体组装设备上能够制造不可或缺的尖端框架的世界级企业三井物产（北九州市）和精密镀金的住友（福冈县直云市），绪方工业（熊本县），熊本防金青工业（熊本市）等。

同IC类似的设计上，液晶显示LCD被制造出来。可是在LCD制造工程上使用的液晶和彩色滤光片九州也盛产。除了生产液晶原材料的氢水俣制造所（熊本县水俣市）是世界主要的生产基地以外，在彩色滤波器的生产上还有九州电气（北九州市）和DNP电子（北九州市）等。供给各种原料的企业在九州共有322个。

二、特点

1．企业众多，中小企业占绝大多数。在九州从事半导体生产制造的企业众多，达650个之多。其中70%是中小企业。

2．知名大企业牵头，拥有世界级尖端技术。索尼、东芝、日立、三菱、富士通、尼桑等世界知名大企业均在九州设有半导体生产基地。其曝光、传感器、彩色滤波器等均是世界尖端技术。

3．企业间基于精细分工与专业化基础之上的产业链的关联与集聚。半导体制造主要有五个产业链或五个程序：设计、前工程、后工程、设备制造、原材料。九州的半导体制造企业都分布在这五个产业链上。且每个产业链或程序上的企业亦均有较精细的分工。

4．地域相对集中。九州半导体制造企业大部分集中在福冈市、北九州市和熊本县。

5．其他。政策优惠、航空运输方便，电力充裕，所需女性劳动力充分廉价，九州拥有半导制造中所需要的丰富的泉水等。

三、几点启示

归纳日本九州产业集群的特点如下：

1．地理位置相对集中，企业众多，均在几十乃至上百。

2．存在核心企业高端技术，且均属世界一流。

3．基于产业链的专业化分工较为严密。

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一、半导体MES系统的功能与基本的框架

针对半导体MES系统的功能以及其基本的系统架构进行分析和研究，是开展一系列工作的基础性环节。

（1）半导体MES系统的主要功能。

半导体行业MES系统的主要功能，其最核心的部分，是针对设备的管理、产品制品的管理、生产流程的管理以及工程数据的采集分析和生产过程的控制监督等。另外，在实践的操作和运用当中，还可以使得系统的功能更加完善并且可靠，进而可以满足企业改进技术手段的需求，满足更高级生产的需要。在当前阶段的半导体MES系统中，还出现了新型的扩展功能，所有的功能都是半导体MES系统当中的重要组成部分，是一个不可分割的整体，并且为半导体行业的进一步发展，奠定了坚实的基础。

（2）半导体MES系统的基本架构。

目前主流的半导体MES系统均采用三层架构，即：表示层、功能层以及数据层。这种架构具有客户端负载小以及易于更新维护等优点。而在其三层的结构当中，客户端使用普通个人电脑，只需要安装必要的插件和浏览器，就可以直接通过网络访问、编辑服务器当中的数据。同时，应用服务器则使用Web服务器或消息中间件等实现数据更新及信息传递，其优点，是容易进行后期的维护以及开发管理。最后，后台数据库，则是当前较为主流的关系型数据库，由于MES往往被定义为企业的核心运营系统，而数据又是系统的核心资源，因此存取数据的关系型数据库所运行环境必须具备可靠的保障，目前比较流行的做法是定时对数据进行快照、复制等，对数据库系统本身则运用集群技术，以保障系统的稳定性及高可用性。

二、半导体MES的应用

信息化工作的推动，往往采取项目形式，半导体MES系统的实施也不例外。在正式实施系统之前，重点工作包括项目团队的建立以及项目实施范围的确定，并明确客户（甲方）及开发商（乙方）的基本情况，值得关注的是，由于信息化项目的特殊性，甲方高管的参与度越高，推动越积极，则项目成功的概率也越高，反之，甲方参与项目人员则容易产生消极、抵触等情绪，很有可能导致需求反复、项目超时等问题，严重者，甚至直接导致项目失败；其次，需要建立业务蓝图，并以系统实施为契机启动业务流程再造（BPR），实施阶段，车间管理对象的模型建立，在系统当中，为了满足管理的需求，需要将每一个具有特定的属性和特征的实体称作是对象，按照对象的特征开发数据维护界面。半导体制造车间的对象大体上分为两类。第一类，软体对象，任何变化都受到控制，不具备本身的属性；第二类，对象仅仅关注本身的存在性和属性，对象当前状态及属性的直观呈现对于排单及车间生产制造有着很强的指导意义。每一个对象都有与之对应的活动版本，一个完整的ECN过程包含有申请、解冻、审批、修改以及公布。

在工艺流程模型建立过程中，系统定义了以下几种对象：工艺流程、加工工序以及设备能力集。在完成上述工作之后，下一阶段则为系统的实施和上线，首先需要对基础信息进行整理，对功能进行定制和开发，并且进行系统单元测试和集成测试，直至达到系统上线的标准。

在登录进入系统之后，就可以在用户指定的权限范围之内，执行相关的系统操作。如：针对制造车间的运行流程进行定义，监控订单下达及制造加工过程、设备工作状态等，并能实时采集分析数据，其可以在最大程度上客观反映车间操作人员的执行及设备运行情况。通过使用半导体MES系统，并且在实践中对系统进行持续完善，很多半导体企业因此受益。企业生产效率、设备OEE均得到了稳步提升，产品的生产周期显著缩短，并且在制品报废率也明显降低，一线操作人员的流失率得到了很好的控制，车间的产能进一步提升。

三、结束语

综上所述，根据对半导体行业MES系统的研究与应用分析，从当前实际出发，对其基本框架以及系统实施、使用等多个环节的工作，进行探析，力求以此为基础，更进一步地为有关工作的加强与改进，做出积极贡献，并且为解决现阶段我国半导体行业中存在的诸多问题，提供坚实的理论基础。

参 考 文 献

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全书由7章组成：1.静电学原理：以富兰克林、法拉第、麦克斯韦等几位著名的科学家为例介绍了静电学的基本知识和发展历史，然后谈到了当今静电学的热点问题；2.制造业和静电学基础：讨论了生产环境中的静电放电控制问题；3.详细地阐述了静电放电、过电应力、电磁干扰和电磁兼容的概念；4.系统级静电放电防护：简要介绍了服务器、笔记本电脑、手持设备、手机、磁盘驱动器、数码相机、汽车和空间应用中的静电问题，讨论了系统级ESD测试问题；5.组件级静电放电问题和解决方案：重点讨论了芯片上的ESD保护网络、ESD电路示意图和半导体芯片布图规划；6.系统级静电放电问题和解决方案：重点是系统级解决方案，同时对系统级电磁兼容扫描技术等新概念进行了讨论；7.静电放电问题的未来：重点讨论了现在和未来纳米技术的ESD防护。

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1.1 区位优势

中国经济地理的中心,素有“九省通衢”,综合物流成本低。

1.2 产业基础优势

武汉是我国的重工业基地之一,产业门类齐全,已形成“钢、车、机电、高新技术”四大支柱产业。以东湖高新区光电子信息产业为代表的高新技术产业已具规模。

1.3 智力资源优势

全国三大智力密集区之一有42所高校,100万在校大学生。全国九大集成电路培训基地之一,海内外半导体企业均有相当规模的武汉高校毕业生。

1.4 市场优势

中部代表了中国最具潜力的消费市场,半导体产品在这一地区有广阔的市场空间。

1.5 要素供应

发展半导体产业的生产要素(水、电、汽、气、劳动力)供给量充足,价格低廉。

1.6 基础设施

高新区“六纵六横”道路框架已经形成,正加紧建设废水排江管道、输变电系统、热力管网、危化学品仓库、寄售保税库等。具备半导体产业发展所需的基础设施。

1.7 政策环境

东湖高新区为国家级高新区,全国六大“建设世界一流高科技示范园区”之一,政策环境宽松,服务氛围浓厚。随着国家“中部崛起”战略实施,享受沿海、西部开发、振兴东北老工业基地三地优惠政策。

1.8 政府认识和决心

产业结构调整与升级之需,促进光电子信息产业发展之需,可发挥湖北省的科教优势,可推动城市基础设施建设,提升武汉市的综合竞争力。

2东湖高新区半导体产业发展现状

2.1 武汉芯片厂12英寸集成电路生产线项目

武汉芯片厂12英寸芯片项目是建国以来湖北省单体投资规模最大的高科技制造项目。项目一期工程总投资100亿元,主要采用90nm及更高工艺技术水平生产12英寸存储类芯片,包括动态存储器(DRAM),静态存储器(SRAM),闪存(Flash)等,这些产品是各类消费类电子产品如计算机、数码相机、MP4、数字家电、手机、显示器件等的核心部件。

项目一期工程由省、市、区三级财政共同投资,委托中芯国际集成电路制造公司经营管理。一期工程于2006年6月正式动工建设,2008年6月建成,建设期18个月,计划2010年达到量产每月2.1万片,年产出60亿元。

2.2 产业链相关企业

1、芯片制造:武汉新芯(中芯国际)Fab12厂。

2、芯片封装:华瑞半导体芯片封装厂等。

3、芯片设计:亚芯微电子、昊昱微电子、台湾旺宏微电子、磐大微电子等21家芯片设计企业。

4、大宗气体与化学品供应:法液空(Air Liquide)、普莱克斯(Praxair)、巴斯夫(BASF)等。

5、设备供应商:美国应用材料(Applied Materials)、拉穆研究(Lam Research)、科天(KLA-Tencor)日本东京电子(TEL)、佳能(Canon)等均将建设现场支撑服务机构。

6、光伏产业(PV):日新科技、珈伟-常绿太阳能硅片、电池片及组件。

7、化合物半导体:元茂光电、光谷电子、华灿光电、迪源光电等6家企业。

3东湖高新区半导体产业发展规划

“十一五”期间,半导体产业将是东湖高新区的重点战略发展产业,打造以半导体前道制程为核心,集设计、封装测试、半导体设备制造、半导体化学工艺耗材为一体的完整的半导体产业链,初步形成产业集群效应,营造集成电路产业发展的生态环境。

3.1近期目标(2006-2010年)

初步形成设计、制造、封装测试、配套较为完整的半导体产业链,产业集群效应初步呈现;

设计公司50家以上,年产值30亿元,设计人员达到1500人以上,开发新产品50个以上;

半导体制造企业3-5家,12英寸集成电路生产线1-2条,8英寸集成电路生产线1-2条,年产值200亿元;

半导体封装企业3-4家,年产值100亿元;

3.2 规划目标(2010-2020年)

形成产业集群和世界知名的半导体产业研发、制造基地,力争与长三角、环渤海湾构成中国半导体产业发展的三足鼎立之势;

设计公司200家以上,年产值100亿元,设计人员达到3500人以上,成为部分标准的制定者;

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全球半导体这一轮的兼并与重组给中国企业带来了一个绝好的机遇。长期以来中国的电子信息产业缺核心的芯片技术，大多只能从事组装、外包、贴牌，进不了产业高端芯片领域。许多大的芯片用户电子企业一直希望进入这一产业，但由于这个产业技术门槛高、投资量大，加上国内企业家对这一产业缺乏管理经验，因此一直只能望洋兴叹。而另一方面，中国在2000年以来，芯片需求平均每年增长30%以上，2005年已占全球25.7%，居世界第一。而中国芯片的制造成本比西方要低。市场大、成本低，致使许多中国企业，特别是电子类企业开始加速进入芯片产业，甚至直接进入制造业。

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过去5年，在半导体器件价格下调和海外制造商成本优势增加等压力下，美国半导体器件生产商面临着严峻挑战。

集成电路出口价高于进口价，价格差呈扩大趋势

近年来美国国内的制造能力发展缓慢，给半导体工业基础带来不利影响。以200毫米晶圆为例，2007～2012年，北美地区200毫米晶圆月产能的复合年增长率为3.5%，只达到世界平均增长率的一半。

制造能力发展缓慢的原因是许多半导体制造商将制造工厂迁至海外，国内业务转向发展利润丰厚的半导体封装和设计服务。未来若美国半导体工业产能增长率仍保持低位，则美国只从事设计或封装的半导体生产商将不断增多，加剧元器件制造在东亚等地区的外包，使美国半导体工业陷入恶性循环。

军用电子元器件安全遭受威胁

随着美国制造能力的外迁，美国国防部需对军用平台、弹药和武器系统使用的进口元器件保持警惕，需要重点注意的问题包括：

（1）伪冒元器件问题，这些元器件成本低廉，通常以废弃或有缺陷的元器件冒充正品；

（2）植入恶意功能的元器件，对武器装备性能、可靠性和安全产生严重影响；

（3）“竞争对手”对元器件上游供应链进行控制，可能会对供应源安全造成威胁。

保障美国半导体供应链完整性的三项措施

文章给出的关于保障美国半导体供应链完整性的措施包括：

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静电。集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特-诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

集成电路是20世纪50年代后期到60年展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备，加工工艺，封装测试，批量生产及设计创新的能力上。

（来源：文章屋网 ）

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各发达国家的产业政策比较

1.美国 美国是半导体技术的发源地.半导体发展的原始目的主要在于支持国防业和宇航业，确保美国国防部能获得最先进的武器系统和宇航局拥有最精密的操作控制设备。由于这两个行业是半导体产品的主要需求者，从而决定了半导体行业发展的最初方向和性质。事实表明，美国国防部的采购对美国半导体业的早期发展具有决定性的影响，为其后来长期处于世界领先地位奠定了坚实基础。但20世纪80年代美国作为半导体的主要生产商在全球的位次大幅度下降，这样的衰退被很多美国人认为是对国家军事安全和经济的严重威胁，不少人将其归咎于美国政府微电子产业的政策方向。

为了应对这种状况，除美国政府继续以巨大的国防支出来资助半导体业的研发外，1987年美国半导体协会成立。美国政府亦在贸易领域出台了一系列政策以支持其半导体产业的发展，如1986年美国政府与日本签定了《半导体协定》，原因是美国宣称日本生产商以超低价格向美国倾销芯片并限制美商进入日本国内市场。双方最初签定的公约于1991年到期后，美国政府又就该协定在下＿个五年中的实施问题与日本政府磋商。而这次谈判的重点则是要求日本市场对美国半导体生产商敞开大门。然而必须指出的是美国政府因从国防安全角度出发一直严格控制其尖端核心半导体设备的出口。然而随着时代的发展，半导体技术的广泛渗透性所造成的日益扩大的国际市场不是由哪几家企业或哪几个国家可以全部垄断的。美国政府较为严格的出口限制势必影响到美国半导体生产商在国际市场上的竞争力。

2.日本 在日本，半导体产业政策的重心是半导体在工业和消费领域中的应用。在日本半导体业发展中，为全面扭转最初其技术依附于欧美的弱势地位, 日本的MITI发挥了强大的引导作用，为日本半导体企业的有序竞争构建了有效框架。分析其政策沿革，演变过程大体上经历了以下几个阶段。﹁是《电子工业振兴临时措施法》（简称"电振法"）于1957年制定。其颁布实施有效地促进了日本企业在学习美国先进技术的基础上，积极发展本国的半导体产业。二是《特定电子工业及特定机械工业振兴临时措施法》于1971年制定。该法进一步秉承了"电振法"的宗旨，强化了发展以半导体为代表的电子产业的力度。该法的实施成功地帮助日本企业通过加强自身研发、生产能力，有效地抵御了欧美半导体厂商的冲击，进而使日本半导体制品不断走向世界。三是《特定机械情报产业振兴临时措施法》在1978年制定（于1985年失效）。该法进一步加强了以半导体为核心的信息产业的发展。上述三部专业法规在总体上加强了日本企业的竞争力。此后日本没有颁布针对以半导体为基础的电子、信息产业的专门法规，而是改为通过综合性法规在整体上推动包含半导体在内的高新技术的发展，其中较为重要的是于1995年出台的《科学技术基本法》。

MITI还通过限制外商在日本半导体产业的投资和要求通过直接购买方式来获取技术从而避免了日本在技术上受到他国的控制和支配。直到20世纪70年代末，日本政府一直奉行着严厉的产业保护政策，包括进行严格的进口管制。对于外国企业在半导体领域的对日投资，日本政府也一直采取严格的审批制度，并附以禁止设立独资企业、外国企业的所有专利技术需向合资公司公开等苛刻条件，而这些措施直到1975年才被放宽。之后，日本政府的政策稍微有所放松，但日本在微电子竞争中拔得头筹的雄心壮志丝毫没有减弱。非常明显的一个例子就是由MITI提议的大规模综合项目VLSI的实施。这个由日本政府出资40%的项目使日本五大半导体公司在一起通过合作共同研发更复杂先进的新一代技术产品。另外,日本外贸组织JETO通过其在全球55个以上国家所设有的分支机构为日本半导体生产商提供有关行业的最新资讯，有力的促进了科技信息的沟通与传播。同时在融资上，日本政府主要利用国家开发银行为半导体企业提供低利贷款，使企业借贷利率接近于零，这与美国同时期市场利率4%-5%相比较，可谓是具有极大优势。

3.韩国 韩国相比美、日，韩国政府对半导体产业的参与力度似乎更大了一些。韩国政府通过多种渠道去培养和促使韩国大企业进入半导体领域。1976年政府成立了韩国电子技术学院（KIET），其主要职责是“计划与协调半导体R&D、进口、吸收和传播国外技术，为韩国企业提供技术支持，进行市场调研”。1982年，“长期半导体产业促进计划”宣告启动，韩国政府为四大主要半导体企业提供了大量的财政、税收优惠。1986年，韩国政府制订了半导体信息技术开发方向的投资计划，每年向半导体产业投资近亿美元。“政策经济”的结果是韩国半导体市场的发展相当令人鼓舞。在欧、美地区双双衰退的情况下，韩国半导体产业2002年产值反而从95.8亿美元增至112亿美元，同比增长了17％。众所周知，韩国半导体产业高度集中于记忆体领域，由于经营记忆体的财团背后有着政府力量的强力支撑，因此虽然目前市场在供给过剩的压力下利润已渐趋稀薄，但三星、南亚科技等韩国企业凭借其规模效益，仍成为全球少数获利的记忆体厂商。

4.欧洲 欧洲继美国和亚洲之后，第三大半导体生产基地当数欧洲。西欧的半导体产业政策的演变可大致分为三个阶段：第一阶段是1965年前，除政府对与国防相关的R&D进行投资和在政府采购中偏向于本国生产商外，基本上不存在政府对半导体业发展的干预行为；第二阶段，1965年至1975年，欧洲政府非常重视计算机行业，对半导体的科研给予了一些激励措施，但政府的参与仍有相当的局限性；第三阶段，自1975年之后，欧洲各国政府逐渐加大了对半导体产业的支持力度，政策重心更集中于信息技术包括微电子方面。进入80年代后，欧洲各国政府积极推动半导体产业重点企业的合作与发展，例如ESPRIT和JESSI项目。其中,后者耗资4亿美元，主要致力于开发先进的微芯片技术。此外,西欧各国政府还联合向非欧洲的半导体制造商施压，要求他们不能仅仅是在欧洲进行加工组装业务，而是更多的设立设计与技术部门。其目标则是希望通过一系列措施，能加速欧洲半导体的技术创新，鼓励欧洲内部各国半导体企业间的交流与联系，从而在一定程度上保护欧洲本土的半导体核心技术以及生产竞争力。

欧盟委员会也进一步加强了保护其半导体工业的力度。1990年欧盟与日本政府签署了一个自愿协议，规定了日本生产的标准存储器片在欧洲共同市场上的最低售价。此外，欧盟委员会还向韩国半导体商采取了反倾销措施。原因是韩国倾销的芯片价格大大低于欧盟的可接受价格。1997年，最低售价又被再次强加到日本和韩国的14个半导体芯片制造商身上。2003年欧盟在判定韩国政府不公平地向芯片厂商现代半导体公司提供补贴后随即决定向现代半导体公司的内存芯片征收34.8%的进口关税。

对我国的启示与我国的对策措施

从上文中我们可以看出,无论是美国、欧洲还是日本、韩国，没有一个国家的政府对半导体产业的发展采取放任政策，而是通过一系列政策手段进行扶植。即使是同一国家，政府在半导体工业发展的各个时期都制订了不同的策略。我国的半导体产业总体水平与这些发达国家比较，在生产能力、设备水平、开发手段、工艺水平、产品技术指标、市场开拓等方面均存在很大差距。中国本土芯片制造企业目前只能满足芯片市场大约20%的需求量，而其他近80%的需求都不得不通过进口产品来补充。与此同时，中国所有半导体企业的总销售额仅占世界半导体总销售的1.5%。因而我国应通过借鉴美国、日本等发达国家以及韩国、欧洲的发展经验，并结合中国半导体业现阶段发展现状，明确在半导体领域的定位和战略，并相应的改进或调整该产业的政府管理模式和政策体系，以更好的促进中国半导体产业的发展，提升我国半导体产业的国际竞争力。为此，我国政府还应在政策层面上进行进一步的深化改革。

1．中国应采取更加优惠的政策，形成良好的投资环境吸引外资更多投入到中国半导体产业。

美国、日本及韩国都是依靠优惠的政策引导投资方向，使大量的资金涌入到半导体高技术领域，以加快产业结构向知识经济转变的步伐。我国目前也采取了一系列优惠性措施，比如2000年国务院颁布的《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》中规定，如果投资建立一个半导体产业，国家要跟进投资，如果申请银行贷款，国家将补贴1%到5%的利率。我国应制订比其他国家更具吸引力的政策，从而吸引更多投资和技术进入这一国家战略产业，例如要学习韩国充分利用入世3到5年的缓冲期保护幼稚产业的合理办法，对半导体集成电路产业和半导体产品在WTO框架内给予更多的优惠鼓励政策。

2．在短期内，可以借鉴走引进、消化、吸收、赶超的路子，重点发展市场需求大的半导体适用技术和产品，通过技术改造、资本积累和市场开拓的互动实现半导体产业水平的滚动发展。

在引进投资时，要注意选准市场主体产品，引导企业进入高附加值市场。但从长期来看，我们应借鉴日本半导体企业奉行的自行设计、自行生产的原则，建立起设计与生产“一条龙”的行业体系，以官方为主导共同联合生产技术的发展战略，开发更多关键技术，增加拥有自主知识产权半导体产品的比例。当然如果大企业技术合作的目标是开发商品，这样做由于利益冲突难获成功。要学习美国、日本，先合作研究开发技术，大企业自己再搞商品化，合作开发才可能成功。除了大公司间进行技术密切合作外，还可以参考美国半导体工业主要由技术密集型中小企业构成的特点，积极鼓励国内的民营企业和民营资本参与到半导体工业相关材料与设备研究制造上来。这是由芯片制造过程对设备、材料要求的多样性、复杂性以及产品快速更新的特点所决定的。

3．很多半导体业内人士一谈及发展半导体的关键因素时，不约而同的认为是人才。

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中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0000-01

科学技术的飞速发展促使社会意识形态发生转变，使得人们对生活的追求更加富有人文主义特色，社会各领域对环境的要求更加严格，对产品的现代化程度要求更高，其中节能减排战略促使新型能源产业风靡全球，带动了全球半导体技术的进一步发展，比如太阳能行业逐渐成为新时期的朝阳产业，该行业中对仪器仪表提出了新的要求。作为现代化仪器仪表的制造商，间接地为现代化科技的发展创造了基础科研平台，通过提供先进的仪表，可以提高用户的生产效率，提升产品质量，监控排放，为低碳经济做出更大的贡献。

1 半导体行业对自动化仪器仪表需求分析

1.1 自动化仪器仪表现状

全球科技创新的日新月异带动了我国制造业的飞速发展，进入新世纪以来，我国半导体行业对自动化仪表的需求明显加强，无论从技术特点还是市场数量上都呈现递增趋势，从技术含量上分析，我国科研、量产中所使用的自动化仪表已经处于世界领先水平。

上世纪初，国内仪器仪表稳步发展，主要源于工业半导体行业的需求增加，从技术层面上拉动了整个行业技术水平的提升，尤其在新产品开发上取得了显著成效，比如说拥有自主知识产权的电磁流量计、智能化电动机执行系统等。

1.2 半导体行业对自动化仪器仪表的需求分析

目前，我国半导体行业使用较多的仪器仪表主要是小型检测单元，比如在集成电路、液晶显示、半导体薄膜、太阳能电池制备等领域的使用较为频繁。自动化仪器仪表的使用往往依赖于半导体设备的发展程度，现阶段该行业中使用较多的是各种薄膜沉积系统、成分检测系统等，涵盖面较广的是PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition）、HWCVD（Hot wire chemical vapor deposition）、MOCVD（metal organic chemical vapor deposition）系统以及相关检测设备等。半导体设备中对压力计、传感器、流量计、温度计等元器件的使用较多，尤其在半导体行业制备薄膜材料的工艺中对以上元器件的要求相对较高。

（1）压力表

由于半导体技术具有相对较高的精密性，在半导体薄膜的制备工艺中，要求对工艺参数精确控制，反应腔室内部工艺气体的压力大小，成为该行业工艺技术中的核心参数。对工艺气体压力的检测通常采用压力计以及相关的各种真空检测设备。半导体设备的正常运行必须以厂务设施作为保证，包括水、电、气等条件，其中“水”主要用于设备冷却或者恒温加热，因此需要采用压力表对水压、CDA（condensed air）等进行严格控制方可保证工艺正常运行。

（2）流量计

流量计一般应用在化学沉积系统中，对气体流量起到监测、控制作用。对于半导体工艺来说，产品制备工艺参数是决定器件性能的关键因素，其中化学气相沉积系统中反应气体的流量对最终产品质量起到直接的决定性作用，对气体流量的控制不仅要体现动态时效性，更重要的是要在量的控制上具备较高的精确度，目前国内制备MFC的技术已相对成熟，为我国半导体行业的发展奠定了基础。

（3）传感器

传感器在现代工业时代的使用极为广泛，半导体设备中对传感器的使用大多体现在设备机械传动部分。在半导体产品制造中，要实现设备的流水线运行，离不开高可靠型的传感器元件，通过传感器协调不同工序、设备不同部位的联动，进而保证整个工艺的流水线运行。

（4）温度计

随着科学技术的发展和现代工业技术的进步，测温技术也不断地改进和提高，其中金属温度计是利用两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同的原理工作的，在半导体紧密制造中通常用来检测液体、气体的温度，测试温度偏中低水平，适合工艺流程中在线、动态、实时监测。

半导体工艺中对金属温度及的使用大多是用来检测特殊反应气体的温度，由于普通加热器很难通过热电偶检测衬底温度，通常在反应腔室特殊部门安装金属温度计监测生长基元的温度，从测量精度和实际可操作性上提高了半导体工艺的可行性。

2 自动化仪器仪表在半导体行业的发展趋势

自动化测试仪表技术未来发展趋势主要体现在高智能化、高可靠性、高精密度、优良的响应性能等方面，半导体行业仪器仪表技术主要针对具体应用特性而体现出以下几个发展方向：

2.1 人机对话智能化发展

人机对话技术是自动化仪器仪表发展的核心方向，也是未来信息化社会的主流技术，半导体行业对仪器仪表的使用目的是为了便于更好的控制工艺流程，提高对设备的可控性，如果自动化测试仪表具有强大的人机对话特性，能够快速、准确的体现设备运行状态，在半导体制造工业中无疑起到了举足轻重的作用。自动化仪表的人机对话性能是通过设备控制端和仪器之间的对话界面实现，通过人类可以识别的界面端口，读取仪表对设备状态的检测数据，从而对工艺过程起到指导作用。

2.2 集成技术的标准化发展

自动化仪表的应用直接依赖于其能否与其他设备形成对话流畅的有机整体，随着人类科学技术的不断进步，半导体行业对自动化仪表的使用需求逐渐增多，不同设备具有不同的逻辑控制系统，如何将自动化测试仪表的接口、通信、软件控制单元和半导体设备逻辑控制语言相融合成为该行业技术发展的瓶颈，如果实现测试仪表在不同半导体设备上的集成标准化，将大幅度提升自动化测试技术的进步。

2.3 可靠性技术的提高

自动化仪表在工业生产中起到“中枢神经”的作用，对其可靠性不容忽视，尤其对于大型复杂的工业系统中，自动化仪器的可靠性关系到整个企业、乃至行业的发展命脉。对于半导体企业检测与过程控制仪表，大部分安装在工艺管道、工序过渡段，甚至多数环境存在有毒、易燃、易爆等特种气体，这些特殊环境对自动化仪表的维护增加了很多困难。因此，在使用特种气体的半导体行业中对自动化检测仪表的可靠性具有较高的要求，尽可能降低其维修频率，为工业安全生产提供必要保证。

3 结语

当今世界已经进入信息时代，自动化技术成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键因素，其中自动化测试仪表作为科研、工业化生产的基础硬件设施而不断发展成熟，在半导体行业中的应用逐渐广泛深入。随着行业科研水平的提高，对自动化仪器仪表有了更好的要求，可靠性、集成技术、智能对话特性成为自动化测试技术发展的首要任务，对自动化测试技术以及测试仪表的使用起到举足轻重的作用。

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关键词： 半导体制造；生产计划；半导体封装测试；线性规划

Key words: semiconductor manufacturing；production planning；packaging and testing of semiconductor；linear programming

中图分类号：TN3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0046-01

0引言

在半导体企业的实际业务中，生产能力计划问题的常用解决方法一是靠从业者经验的积累，以一定的直观基础而构造的启发式算法；二是采用多次试验，比结果优劣定决策；三是建立数学模型，利用数学规划法等求解最优策略。目前在半导体工业中，生产能力规划也主要有三种方式：一是利用电子表格（例如MS excel）来实现 [1]，在制定生产计划时一般以月为单位，而设备生产能力一般是以天为单位来考虑的，故所需的设备数量等于当月加工任务除以设备月生产能力。一般采用此方法时，会根据不同的优先级来依次制定相应产品的生产计划。其二，一般用离散事件仿真法多次重复试验来进行生产能力规划，从而求得一个可使企业的关键绩效指标（KPI）较优的结果。上述两种方法均需多次运行调整反复试验，而且所得的解不能保证是最优解，甚至仍可能远离最优解。第三种方法是综合考虑多方面的因素利用线性规划法以建立约束条件和目标函数对生产进行优化，相关的研究文献可以参考[2][3][4]。因为能够采用专业的优化解算器如ILOG CPLEX[5]在短暂时间取得模型的最优解，在半导体生产能力规划中，线性规划普遍地应用在各个领域，尤其是针对较大规模的问题，它的优点越能被凸显出来。

1优化计划模型

生产能力规划模型经历了从单时间段到多时间段，从单目标到多目标发展历程。从单时间段到多时间段的转变是只需增加时间段下标和相应的约束关系即可，而使用不同的权重系数的多目标规划也可以解决多目标的协调问题。由于目前对于半导体生产规划问题大多集中于前道工序即晶圆厂的生产规划，对于封装测试生产线涉及很少，本文将简单以在存储器封装测试领域应用线性规划为例说明。如前所述，半导体生产规划的实质上是如何安排产品的混合生产的问题。由于每种产品很可能都有多重可供选择的加工路线，对于设备也存在Re-entry的访问，因此半导体生产系统优化的核心问题也就在于选择最适合的加工路线上以求得生产量及生产周期等指标的最优解。启发式方法是根据经验来优先使用相对好的加工路线资源，而在半导体制造中，两个主要的参照标准就是产品的优先级priority以及加工设备的柔韧性。在没有充足的可用资源的情况下，首先要确保priority相对高的产品的生产，但是针对于加工路线的选择，就要首先采用具有较高柔韧性的设备。线性规划是按照所需达到的限制条件，抽象并简化生产系统，建立有关的数学模型，进而取得达到约束条件的最优策略。

2举例

试以某封测企业的简单示例来说明线性规划法的简单应用。该工厂测试生产线有三种TESTER设备M1，M2和M3，各设备的数量分别为3台，3台，2台。目前生产两种产品Prod.A和产品Prod.B，其市场销售平均价格分别为￥45和￥35，其中Prod.A只能在设备M1与M2上生产，月别产能分别为110k和80k，而Prod.B在三种设备上都可以生产，月别产能分别为130k，85k和90k。产品Prod.A与Prod.B的最小生产量分别为300k与250k，最大需求量分别为500K和400K，企业的实际需求是如何安排生产计划能使企业的收益最大。从上面的例子可以看出，各产品存在多种备选加工设备，即有多重加工路线的问题，优化计划也就是选择最好的加工路线。企业实际一般采用Excel电子表格的形式，建立生产计划与效益的联动模型，由于Prod.A售价较高且只能在二种设备生产，以经验判断需要优先安排，以此为基础不断调整，求得一个近似最优解。具体的解法一般使用VBA或人工调整试算，本文不再赘述。

如果使用线性规划的方法，建立数学模型，则该问题可以简要表述如下：

目标函数（Objective）：

上式中，参数及变量说明如下：

参数部分：

①Price.A与Price.B为A、B两者产品的售价。②QL及QH为两种产品的生产量上下限。③K为每种产品在每种设备的生产能力。④M为设备保有台数限制。变量为X，及每种产品在每种设备的生产计划安排量；下标i=a，b 代表两种产品，下标j=1，2，3代表3种设备。求解则可以利用ILOG公司的Cplex软件，由于此示例规模较小，本文使用在Excel环境的Cplex Solver求解，求解示例及结果如表1所示。

3小结

对于多品种混合生产，制造过程极其复杂的半导体制造业来说，线性规划在生产计划中的优化作用已经越来越明显，这方面的研究文献也越来越多，也给企业带来了巨大的经济收益。

参考文献：

[1]刑文训，谢金星.现代优化计算方法.北京：清华大学出版社，2003.

[2]Leachman R C，Carmon T F.On capacity modeling for production planning with alternative machine types[J].IIETrans.，1992，24：62~72.

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ARM是盟主角色，在生态系统环境下有其强劲优势，海思借由其架构设计效能最强大的产品。同时ARM也表示，海思在各种产品线上分别与不同的晶圆代工合作伙伴配合，但在最先进制程技术上，台积电绝对是最佳盟友。

半导体业者分析，台积电第一版的16纳米FinFET制程的效能并非最佳，但海思当时坚持往前冲，拿下全球FinFET制程产品头香，充分展现其雄心。

编辑点评：在智能手机、平板市场上，国内半导体业获得了很大的发展。海思华为智能型手机的心脏，而这颗心脏越来越强大，甚至在全球FinFET制程的手机IC产品上抢下头香，给我国半导体业带来了新希望。

水比金子贵中国台湾半导体业受缺水影响

中国台湾半导体业，对于全球高科技产业影响重大。其中TSMC台积电、UMC电更是占据了全球过半的晶圆代工，客户中不乏苹果、高通这样的知名企业。半导体制造不光需要高技术，同时也需要耗费大量的资源，特别是对水资源尤其依赖。

典型的8英寸晶圆制造每小时耗水量超过250立方米，12英寸晶圆制造更是可以达到500立方米，而一家晶圆厂每月的产能在数万片至数十万片，用水量的需求将会相当巨大。

根据中国台湾水利署公布的最新数据，2014年中国台湾降雨量水平是自1947年来的新低。从去年11月份开始，中国台湾就在岛内南北两部分启动限水措施，对工业用水的限制尤其严格。那么，台积电、电这样的半导体厂商是否会受到影响呢？全球的芯片价格又是否会因此产生波动呢？

EEtimes报道称，斯坦伯恩斯公司的高级分析师Mark Li认为，缺水问题对台积电和电影响有限。毕竟这些公司很早就关注风险管理，水资源就是其中之一，这两家公司都已经提高了用水的再循环比例。目前TSMC台积电晶圆厂的循环用水比例已经达到了90%，电公司发言人也声称他们的循环用水比例达到了85-87%。

编辑点评：宝岛台湾都缺水，那深处祖国内陆的半导体企业岂不是都该自己挖井了。半导体行业的光鲜背后，是对资源的大量占用。所以，不要光对外喊什么绿色节能，先把自己的能耗降下来，才是最要紧的。

12寸晶圆产能排行榜：三星第一台积电排第五