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CMOS运算放大器的分析及设计毕业设计论文（可编辑）
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3秒自动关闭窗口集成电路技术十年发展
更新时间： 17:06:17
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清华大学教授、微电子学研究所所长& 魏少军
　　　　一、总体情况　　　　集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是电子信息产业的核心，是关系到国家经济社会安全、国防建设极其重要的基础产业。集成电路产业的竞争力已经成为衡量国家间经济和信息产业可持续发展水平的重要标志，是世界各先进技术国抢占经济科技制高点、提升综合国力的重要领域。　　　　新世纪以来，我国的集成电路科技与产业在国务院国发2000（18号）文件和各级地方政府的持续支持下，获得了长足进步，取得了一系列重要成果：　　　　（一）集成电路产业链格局日渐完善　　　　中国集成电路产业结构逐步由小而全的综合制造模式逐步走向设计、制造、封装测试三业并举，各自相对独立发展的格局。目前，中国集成电路产业已经形成了集成电路设计、芯片制造、封装测试及支撑配套业共同发展的较为完善的产业链格局。　　　　（二）集成电路设计产业群聚效应日益凸现　　　　以上海为中心的长江三角洲地区、以北京为中心的环渤海地区以及以深圳为中心的珠江三角洲地区已经成为国内集成电路产业集中分布的区域。全国集成电路设计、制造和封装产业90%以上的销售收入集中于以上三个地区。其中，包括上海、江苏和浙江的长江三角洲地区是国内最主要的集成电路制造基地，在国内集成电路产业中占有重要地位　　　　（三）集成电路设计技术水平显著提高　　　　国内集成电路设计企业的技术开发实力也有显著的提高，已经取得多项掌握核心技术的研发成果。2000年以来，“申威”高性能CPU、“龙芯”和“众志”桌面计算机用CPU、苏州国芯C*Core和杭州中天CK-Core嵌入式CPUIP核、智能卡集成电路芯片、第二代居民身份证专用芯片、自主高清电视（HDTV）标准和自主音视频标准AVS芯片、华为网络通讯交换装备核心系统芯片、大唐电信COMIPTM和展讯移动通信终端SoC、超大规模集成电路制造工艺、智能卡芯片专用工艺及高压特色工艺等技术和产品都取得了重要成果，大部分成果取得了产品化和产业化的重大进展，并获得国家科技进步奖励。　　　　（四）人才培养和引进开始显现成果　　　　集成电路是知识密集型的高技术产业，其持续、快速、健康的发展需要大量高水平的人才。但是，人才匮乏，人员流失严重却一直是困扰我国集成电路科技和产业发展的主要问题之一。为扭转这一局面，加大集成电路专业人才的培养力度，2003年国务院科教领导小组批准实施国家科技重大专项――集成电路与软件重大专项，并实施了“国家集成电路人才培养基地”计划。随后教育部、科技部批准建设国家集成电路人才培养基地。　　　　二、集成电路设计　　　　集成电路设计业是包括中国在内的全球整个集成电路产业中最为活跃的部分。集成电路设计企业在新兴产品的开发上扮演着关键作用。在中央处理器（CPU）、数字信号处理器（DSP）、半导体存储器、可编程逻辑阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）和系统芯片（SoC）等主流产品领域，都可以发现集成电路设计企业的身影。在过去的十年间，我国集成电路设计业在CPU、智能卡专用芯片、3G通信芯片、数字电视芯片、第二代居民身份证芯片等领域取得了令人瞩目的成果。　　　　（一）自主知识产权CPU　　　　CPU被誉为电子信息产品的心脏，是集成电路产品的制高点。十年间，我国在超级计算机用高性能CPU、桌面计算机/服务器CPU和嵌入式CPU领域取得了一系列重要突破，部分产品达到国际领先水平，极大地提高了我国在CPU领域的科技水平和支撑电子信息产业发展的能力。　　　　在超级计算机用高性能CPU领域，我国实现了从无到有的重大历史跨越。经过十余年不懈努力，掌握了高性能CPU体系架构设计的核心技术，突破了微结构设计、Cache设计、核间通信、总线设计、存储器接口设计、低功耗设计、可靠性及安全性设计等关键技术，达到了国际领先水平。　　　　上海高性能集成电路设计中心在科学技术部和上海市的大力支持下于2003年8月创建，主要从事自主知识产权的国产高性能CPU开发并推进技术成果产业化。该中心积极响应国家“自主可控、自主创新”的总体战略要求，坚持“全定制自主设计、全流程可控生产”的技术路线，积极承担国家重大科研攻关项目，不断提升科研创新能力、突破高性能CPU研制关键技术，瞄准高性能计算和信息安全应用需求，立足国内条件，深度研发国产高性能CPU。目前，该中心已完成两代“申威”系列高性能CPU研制，同时建立了完整的高端处理器研发技术体系，具备了从架构研究、逻辑设计到物理实现全过程的自主研发能力。　　　　2006年，该中心在国家863计划超大规模集成电路设计专项“国产高性能SOC芯片”课题支持下，成功研制出第一代国产64位通用处理器――“申威1”。该处理器为RISC结构，采用0.13微米CMOS代工工艺，集成近5700万只晶体管，峰值运算速度达到每秒50亿次浮点运算。具有高性能、高可靠、高频率等特点，是我国第一款从结构设计、电路设计、版图设计、正确性验证到流片生产和测试完全在国内完成的高性能通用CPU，成功实现了高频率、大尺寸、全定制芯片的全自主设计和全国内生产，创造了当时单核最高工作频率和最高运算速度的全国纪录，获当年集成电路领域唯一一个“Aa”级评价。　　　　 　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　2010年，该中心在国家“核高基”科技重大专项“高性能多核CPU研发与应用”课题支持下，成功研制出第二代具有自主知识产权的国产16核处理器――“申威1600”。该处理器采用自主指令集，65纳米代工工艺，最高核心工作频率达1.1GHz，峰值运算速度达每秒1408亿次双精度浮点结果，是我国第一款自主研制的64位通用多核处理器，也是世界上首款投入实用的16核处理器，在多项核心关键技术上有重大创新和突破，整体技术居国内领先、达到国际先进水平。　　　　 　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　2012年初，该中心成功完成“申威1600”改进型――“申威1610”处理器研制。该处理器已通过测试和系统验证。“申威1610”是我国目前唯一一款自主设计的频率突破1.5GHz的高端通用多核处理器。该芯片采用多项新技术提高频率、提升性能、增强功能、降低功耗。测试结果表明，该处理器核心工作频率能稳定超过1.5GHz，最高达到1.6GHz，最高峰值运算速度为每秒2048亿次浮点运算，运行功耗在50W以内，能效比提升近一倍，在计算能力、磁盘访问、网络处理等方面已达到了国际主流处理器的同等水平。　　　　上述两代“申威”处理器已在国家相关领域的关键项目中成功应用85000片以上。其中，“申威1”处理器于2008年实现批量生产并全部应用于国产百万亿次计算机系统；“申威1600”处理器于2010年开始批量生产并于2011年应用于科技部超级计算（济南）中心“神威蓝光”高性能计算机系统中。该系统全部采用“申威1600”处理器，仅用8704颗处理器芯片即达到每秒千万亿次峰值性能，是国内迄今为止唯一一台全部采用国产处理器实现速度超过千万亿次的高性能超级计算机。“申威1600”在高性能计算领域的成功应用，使我国成为继美国、日本之后能够使用自主设计的处理器构建千万亿次级高性能计算机的国家，对实现重大信息系统自主可控发展具有重大意义。　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　此外，“申威1600”还成功应用于国产服务器、桌面终端、千兆防火墙、工控机等产品中，部分产品已在国家核心部门和重点项目中进行了重要示范应用。上海高性能集成电路设计中心还联合国内知名软件厂商，围绕“申威”处理器构建了完整的生态产业链，在产品化和产业化方面，该中心已和中国电子信息产业集团（CEC）等大型国有企业开展深度合作，取得了阶段性进展。　　　　 　　　　安全服务器 办公计算机 千兆防火墙 国产数控主机　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　在桌面计算机/服务器CPU领域，中科龙芯和北大众志等单位开展了以“龙芯”、“众志”为代表的国产桌面和服务器CPU技术研发。以“龙芯”CPU为例，中科龙芯于2002年8月研制成功国内第一款32位通用CPU“龙芯1号”，2003年10月研发成功国内第一款64位通用CPU“龙芯2号”（“龙芯2B”）；在此基础上，中科龙芯又在CPU体系结构、物理设计、测试验证等CPU设计核心技术方面取得重要进步，分别于2004年9月和2006年3月研制成功“龙芯2号”系列的后续型号“龙芯2C”和“龙芯2E”。其中，代表我国“十五”期间处理器研制最高水平的“龙芯2E”处理器使用90nm工艺，最高主频达到1GHz，实测性能与中低档PentiumIV相当，标志着我国在自主CPU设计技术上达到了当时国际先进水平。　　　　“十一五”期间，自主CPU技术水平进一步提高，并进行了从实验室样品到面向市场的产品的有益尝试。以“龙芯”CPU为例，一方面，开展了四核“龙芯3号”的研制，并于2009年9月研制成功我国首款64位四核CPU“龙芯3A”。“龙芯3A”采用65纳米CMOS工艺设计，片内集成了4个四发射64位处理器核和4MB二级Cache，主频达到1GHz，功耗小于15瓦，峰值性能达到每秒160亿次浮点运算，片上包含4.25亿只晶体管。另一方面，中科龙芯在科技部的安排和部署下，与欧洲的意法半导体公司合作，在“十五”期间取得的“龙芯2E”技术成果上，通过质量、成本和成熟度等的优化设计，研制了首款龙芯系列的CPU产品“龙芯2F”，随后又对“龙芯3A”进行了产品化。同时，中科龙芯于2006年初在江苏省常熟市建立了“龙芯”产业化基地进行“龙芯”系列CPU的应用推广，完成了基于“龙芯”CPU的桌面整机产品中试。2010年初，在科学院和北京市的支持下，中科院计算所在北京成立了“龙芯中科技术有限公司”并使龙芯团队逐步向企业转型，实现了“龙芯”CPU的企业化运做。　　　　“十一五”后期，桌面CPU和服务器CPU进一步提升了技术水平并进行了初步应用，如“十一五”末研发完成的“龙芯3C”采用32nm工艺设计，片内集成8个64位超标量向量处理器核，共有十多亿只晶体管；“龙芯2号”最新产品“龙芯2H”采用65nm工艺，片内集成四发射64位处理器核、流媒体处理、图形图像处理以及南桥、北桥等配套芯片组功能，为低成本电脑提供了单片解决方案。从“十二五”开始，“核高基”科技重大专项从产业链的全程支持自主桌面和服务器CPU的发展，联合包括操作系统、办公软件、数据库、中间介、ODM/OEM、整机、系统集成等企业，基于自主CPU构造完整的产业链，形成了良好的发展势头。在此基础上，国家有关部门下决心在部分重要领域大力推广自主可控软硬件系统的应用。软硬件协同发展、整机与应用带动芯片和软件发展已经成为广泛共识。到2011年底，基于国产CPU的桌面计算机和服务器推广应用达到了十万套的量级。　　　　在嵌入式CPU领域，浙江大学、苏州国芯和杭州中天致力于研发具有国际水平的嵌入式CPU，完成了具有自主知识产权的C-Core(含苏州国芯C*Core和杭州中天CK-Core)系列嵌入式CPU，性能与当时国际先进的同类嵌入式CPU相当。上述嵌入式CPU均在国际主流先进集成电路代工线（台积电、中芯国际等）实现了IP核硬化，客户可以方便地在上述工艺线研发SoC。目前，国产嵌入式CPU已经形成了每年千万颗级的产业化规模。相关成果在2009年获得了国家科技进步二等奖。　　　　C*300、CK500和CK600系列嵌入式CPU面向嵌入式系统和终端SoC应用领域,具有可扩展指令、可配置硬件资源、可重新综合、易于集成等优点，可以通过静态设计、动态电源管理和低电压供电来减少功耗，也可以通过进入省电模式来节省功耗，还可以实时地关断内部功能模块。于此同时，相关单位还研制成功了基于C*300、CK500和CK600系列嵌入式CPU的SoC应用开发平台，完善与优化了C*300、CK500和CK600系列嵌入式CPU的应用环境，推动了产业化进程。C*300、CK500和CK600系列嵌入式CPU已形成较为完善的开发验证平台和集成开发环境，形成了从高端到低端多款微控制器芯片，可满足频率300M以下的SoC应用需求，形成了完整的软件工具链，破解了国产嵌入式CPUIP核产业化应用的难题。C*300、CK500和CK600系列嵌入式CPU的应用领域包括：数字音视频类：包括数字电视及机顶盒、安防监控等；信息安全类：包括加密网络、商用金融设备、信息安全终端；消费类电子产品及医疗电子；工业控制类、通讯类的多种应用。　　　　CK500系列和CK600系列嵌入式CPU是基于M*Core指令自主研发的嵌入式CPU。CK500微体系结构包括：精简指令集计算机结构（RISC）；16位高代码密度指令集；32位地址与数据通路；单发射，乱序执行，按序退休，具有7级流水线；大部分指令在一个CPU时钟内完成；高度硬件可配置；两级转移预测；AMBA内部总线与接口；支持大端（BigEndian）与小端（LittleEndian）；支持3种低功耗模式；支持硬件调试模块；支持普通中断和快速中断；CPU性能达到1.1DMIPS/MHz。　　　　CK600是一款具备较高性能的嵌入式CPU，采用双发射超标量架构，主要面向中高端嵌入式应用，具有高性能、低功耗和高代码密度等特征。CK600系列处理器主要包括CK610、CK610E、CK610S、CK610M、CK610-F、CK620和CK610ESM-F等多种配置型号。CK600和CK500在指令和工作环境上全兼容。CK600的微体系结构包括：RISC体系架构；16比特指令，32比特地址与数据通路；8级流水线，双发射架构；2个ALU，2个Shifter，1个MAD和1个LSU；哈佛结构两路组相连指令和数据Cache；两级转移预测，2Kb分支历史表（BHT）；非阻塞指令发射和数据Cache访问机制；数据Cache写回和写通动态可配置；乱序随机执行和硬件保留栈；返回地址预测，4入口硬件返回地址栈；内部双通用数据总线（CDB）；数据宽度可配置的AHB/AXI内部总线接口（32/64/128）；可扩展的协处理器接口；CPU性能：1.82DMIPS/MHz。　　　　CK500与CK600系列嵌入式CPU形成了完整的开发工具链和软硬件环境，以支持基于各系列嵌入式CPU核的SoC产品开发。主要包括CKCoreCPU软件开发套件、CKCore编译、链接和调试工具链及开发板、硬件仿真器等。CK系列CPU软件开发套件涵盖了从启动代码和内核移植到应用程序开发调试的所有阶段。主要包含组件有：基于Eclipse的IDE；编译工具；全功能图形调试器；软件仿真器；代码示例项目。　　　　根据国家新一代信息技术产业和信息化对高水平嵌入式CPU的应用需求，同时体现自主创新、重点突破的战略思路，国家科技重大专项不失时机地部署了面向产业化应用国产自主创新指令体系CPU的研发。杭州中天微系统公司与浙江大学协同创新，在执行国家科技重大专项的任务中成功研发了自主创新指令集系统的32位高性能嵌入式CK800系列CPU。这是一款基于CKCore自主创新指令架构与16/32位混合指令编码系统，同时设计有高性能矢量DSP运算指令与单精度、双精度浮点指令，CK800系列CPU以先进的指令架构与流水线技术在性能和频率等方面达到业界领先水平。面向嵌入式系统产品设计的自主创新指令集CPU，将为我国自主创新指令集CPU参与国际竞争开创新的局面。　　　　CK800系列嵌入式CPU采用CKCore自主指令系统，具有高性能、高代码密度、低功耗和可扩展等特点。CKCORE自主指令系统面向未来高性能需求而设计，采用32/16混合指令编码技术，其中：32位指令功能完善用于提升指令集的综合性能；16位指令是32位指令的子集，功能相对简单用于提升指令代码密度和降低功耗。　　　　CK810基于CKCoreV2自主指令架构与16/32位混合指令编码系统。硬件上采用先进的10级流水线技术与乱序猜测执行框架，具有高主频、高单位性能、高代码密度、高功耗效率等优点。CK810可应用于新一代移动通信设备、下一代高清数字电视机顶盒、汽车电子等高性能嵌入式应用领域。CK810系列嵌入式CPU包括针对浮点加强的CK810F、针对DSP运算加强的CK810D及针对多核的CK810MP，CK810性能大体与国际主流的同档次嵌入式CPU相当。　　　　CK803是一款高性能、低功耗嵌入式CPU核，可应用于低功耗、高性能、高实时性的嵌入式领域，如微控制器、汽车电子、工业控制、无线网络及各种便携式应用。CK803采取取指、解码、执行回写3级流水线。取指阶段设计专用指令预取缓存器，消除32位指令非对齐顺序预取产生的流水线气泡。设计低成本的分支预测机制，并通过编译器与硬件共同作用提高分支预测的准确率。精简解码阶段的逻辑与地址计算的优化，实现存储/载入指令的全流水运行。低成本硬件乘法与除法单元满足简单的算法运算，可配置的多媒体处理增强单元可以处理乘法、乘累加与乘累减DSP运算。　　　　CK802具备极低成本、极低功耗和高代码密度等优点。它以8位CPU的成本获得32位嵌入式CPU的运行效率与性能。CK802主要针对智能卡、智能电网、低成本微控制器、无线传感网络等嵌入式应用。CK802处理器采用2级流水线结构。指令取指阶段主要负责从内存中获取指令，并对16/32位变长指令进行译码、复杂指令拆解和调度指令发射到下一级流水线；指令执行阶段主要负责指令的执行和结果的回写。CK802中内存数据的存取划分为两个步骤，分别为地址的产生和内存的访问，最快支持在一个时钟周期内完成存储器的访问。CK802可配置的内存管理单元支持超级用户自定义内存空间的访问权限，权限划分为：不可读写/只读/可读写，也可以设置为安全区与非安全区。CK802的硬件辅助调试单元支持各种调试方式，包括软件设置断点方式、内存断点方式、单步和多步指令跟踪等7种方式，可在线调试CPU、通用寄存器（GPR）、协处理器0（CP0）和内存。CK802同时设计有针对信息安全应用的可配置模块。　　　　截至目前，国产嵌入式CPU产业化累计已经实现7000万颗以上的应用。更可喜的是浙江大学和杭州中天协同创新研发了自主创新的嵌入式CPU指令体系，并已开始支持整机用户研发新一代的SoC，这一重大技术突破将为我国自主创新嵌入式CPU支撑新一代信息技术产业发展写下历史性的一笔。　　　　（二）第三代移动通信芯片　　　　近年来，在我国科技工作者坚持不懈的共同努力下，我国的通信集成电路技术和产业取得了长足的进步。特别是进入新世纪后的十年中，在党和政府的高度重视和强有力的政策支持下，大唐电信和展讯通信等通信专用集成电路企业不断取得技术创新和产品研发的突破，成功研制了我国自主的移动通信终端SoC芯片，并持续不断地向前发展。近期展讯通信采用40nm工艺研制成功移动通信终端专用芯片，标志着我国移动通信终端SoC迈进国际先进水平，总体技术水平明显提升。　　　　“十五”中期，国家“十五”863计划超大规模集成电路重大专项首次部署了自主SoC的研发和攻关课题，由大唐电信牵头，联合展讯通信，根据当时的技术发展条件，针对移动通信终端研制适合我国国情的通信SoC芯片。2004年，大唐电信率先在国内推出面向通信的综合信息处理器芯片COMIPTM，并由科技部在当年的北京微电子国际研讨会上正式发布。　　　　COMIPTM是国内最早实现多处理器架构的SoC芯片，采用0.18mCMOS工艺制造，内含高性能32位嵌入式中央处理器（CPU)，数字信号处理器（DSP），具备可编程总线和UART、GPIO、SSI、JTAG等丰富的接口，支持SRAM、SDRAM和Flash等多种大容量外部存储器，集成了语音Codec、辅助AD/DA和带I/Q通道的高速AD/DA，能够提供每秒5亿条指令（500MIPS）的运算能力，支持SCDMA和GSM通信协议，具备卓越的低功耗特性，是一款可以用于多种复杂通信终端的核心处理芯片。　　　　COMIPTM是我国第一颗具备现代通信终端SoC特征的超大规模集成电路芯片，它的成功商用对改变我国通信产品缺“芯”的被动局面和促进通信终端整机的发展具有重大和深远的意义。COMIPTM的诞生打破了国外少数厂家在该领域一统天下的格局，填补了国内在这一领域的空白。美国著名的新思科技公司（SynopsysInc）宣布COMIPTM入选该公司“GreatChip”全球宣传计划。COMIPTM先后荣获北京市科学技术奖三等奖，“中国铝业杯”首届中央企业青年创新奖等。　　　　COMIPTM研制之后，已经成功应用于包括SCDMA手机、VoIP、可视电话、数字家电在内的多个领域。其中，北京信威通信有限公司的“大灵通”手机采用COMIPTM作为终端处理器，在“村村通”工程中，取得了极大的成功。COMIPTM芯片的累计出货量已经超过了300万片，带来的直接经济效益达数亿元，间接拉动了数十亿元的SCDMA终端产业发展，取得了重大的经济效益。　　　　2008年展讯通信承担了科技部“科技支撑项目计划”―TD-SCDMAHSUPA终端基带芯片和参考设计方案研究开发项目。并于2011年在人民大会堂发布了全球首款40nm低功耗商用TD-HSPA/TD-SCDMA多模手机通信芯片SC8800G。　　　　SC8800G的研发过程中，展讯通信突破了40nm工艺、高性能芯片低功耗控制、高集成度单芯片实现多模解决方案、系统优化与硬件加速器设计、高速数据业务中的多模处理策略等关键技术。在充分研究TD-HSUPA标准前提下，设计了HSUPA传输流程的软硬件实现，并建立算法模型进行仿真以保证其性能。在设计过程中充分利用原有基带芯片的技术积累，有效缩短了芯片流片返回后的测试和集成时间。在工作频率提升，漏电流控制，成品率控制等方面组织了一系列技术攻关。在软硬件集成中，尝试了软硬件同步设计，互相验证的新型开发流程，并为此专门开发了自动化测试工具，对系统功能进行大数据量的覆盖测试，在有效节省人力的同时，大大提高了发现问题的效率，使得芯片从流片返回到测试完成的周期缩短了3/4以上。　　　　SC8800G作为世界首款采用40nm先进工艺的低功耗商用TD-HSPA/TD-SCDMA多模手机通信芯片，实现了单芯片支持TD-HSUPA/HSDPA/EDGE/GPRS/GSM多模通信，具有高集成度、低功耗、低成本的优势。40nm工艺作为一种国际先进的集成电路生产工艺，展讯通信在缺乏相关设计生产经验的情况下，努力攻关，成功实现了一次性流片成功，为日后40nm甚至更高的超深亚微米工艺芯片设计生产积累了宝贵的经验。SC8800G的研制成功，是我国乃至亚洲当期第一次在半导体商用手机基带芯片设计水平上超过欧美公司，达到全球领先水平，实现了展讯通信从行业跟随者到引领者的跨越式发展。SC8800G在40nm工艺流片成功，对使用同样工艺的“新一代宽带移动无线通信网”国家科技重大专项TDD-LTE基带芯片项目提供了的宝贵经验积累，为TDD-LTE基带芯片一次性流片成功和大规模量产奠定了坚实的技术积累和产品化基础。　　　　一直以来，终端都是制约我国自主第三代移动通信TD-SCDMA发展的瓶颈。在第三代移动通信市场，面对WCDMA、CDMA2000两大通信制式的竞争，采用SC8800G开发的TD-SCDMA手机具有明显的竞争优势，接近到GSM/EDGE手机的成本水平，使得采用TD-SCDMA标准的终端产品在与WCDMA和CDMA2000的竞争中获得了优势，有力地促进了我国TD-SCDMA产业的发展。SC8800G已于2011年第一季度正式推向市场，使用此芯片产品的手机已经量产上市。目前包括华为、三星、金立、联想、天宇、海信在内的数十家国内外知名终端厂商采用了SC8800G，有力地推动了国内TD-SCDMA终端市场的繁荣和多样化发展。现在已有数十款采用SC8800G设计的终端产品上市，形成了达到了数十亿元的新增产值。　　　　采用SC8800G的TD终端在成本、功耗、性能等方面具有突出的优势，为灵活多样的TD特色业务的承载提供了更坚实的平台，为TD产业形成竞争优势提供了有力的技术支撑。TD产业的繁荣，也使得产业链上下游在研发、市场等方面投入均大幅增加，创造了良好的产业整体发展环境，帮助和促进TD产业走向良性循环，从而进一步提升了TD产业的竞争力。　　　　（三）数字电视芯片　　　　自主高清晰度电视（HDTV）标准的芯片开发，为自主HDTV标准的产业化推广应用提供了实现的可能，成为通过标准制订推动我国数字电视产业健康发展最重要的产品支撑。　　　　2002年国家“十五”863计划设立超大规模集成电路设计重大专项，明确支持符合国家标准的高清晰度电视和数字音视频集成电路的开发。在该专项“高清晰度电视SOC平台”课题的支持下，杭州国芯科技有限公司于2004年同时推出国产首款卫星数字电视解调芯片、国产首款有线数字电视解调芯片和国产首款数字视频后处理芯片。这一成果奠定了我国在数字电视领域具备进行系列关键芯片设计开发和产业化产品开发的基础和能力。　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　2005年3月，由中科院计算所牵头，会同联合信源、芯晟科技、上广电中央研究院等单位共同研制的“AVS101高清解码芯片”通过北京市科委主持的鉴定，标志着我国在高清晰度编解码标准和芯片实现方面站在了世界前列，初步形成了基于我国自主知识产权的AVS标准的SoC开发平台，包括编解码器IP核、系统验证模型、AVS符合性测试规范及符合性测试码流。　　　　2006年正式发布GB《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》（简称DTMB标准）和GB/T6《信息技术先进音视频编码第2部分：视频》（简称AVS标准）。2007年杭州地面电视广播系统正式运营，该系统是国内第一个采用地面国标和AVS信源标准开始运营的地面运营网络，支持车载、便携、机顶盒等多种类型终端的移动接收和固定接收。同年，“AVS视频编码标准关键支撑技术”荣获信息产业部重大技术发明奖、“中国标准创新贡献奖”一等奖。　　　　2009年数字电视SoC芯片列入国家“核高基”重大专项，支持采用国产高性能嵌入式CPU进行数字电视SoC芯片的开发。同年7月，国际电信联盟ITU-T发布《ITUTechnicalPaperHSTP-MCTBMediacodingtoolboxforIPTV:Audioandvideocodecs》，将AVS、H.264和VC-1并列为三个视频编码标准。2011年12月，国际电信联盟通过中国DTMB标准为国际电联的第四个地面数字电视标准。　　　　2011年6月《地面数字电视接收机通用规范》和《地面数字电视接收器通用规范》等6项地面数字电视接收终端国家标准发布，并于日起正式实施。我国地面数字电视传输采用GB（DTMB）标准，自规范标准实施之日起，其终端产品应支持GB/T6（AVS）或GB/T17975.2（MPEG-2），规范标准出台1年之后，应支持AVS标准。即从2012年11月起，所有地面数字电视终端产品必须支持DTMB解调和AVS解码。　　　　由杭州国芯科技股份有限公司开发的内嵌C*Core/CKCore系列国产CPU的数字电视SoC芯片出货量已超过5000万片，带动国内机顶盒厂商实现新增产值超过100亿元（以每台机顶盒200元计算），创造了我国高性能32位嵌入式CPU技术产业化推广应用的最佳业绩。相关产品荣获2008年度信息产业重大技术发明奖、2009年度国家科学技术进步二等奖、2010年度电子信息科学技术一等奖。　　　　 　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　　　目前DTMB作为我国地面数字电视传输的强制性标准，已经完成300个地级以上的城市的全覆盖，并同时在20多个国家和地区进行推广应用，目前市场上能够提供DTMB国标地面解调芯片的主要供应商包括：高拓讯达、上海高清、杭州国芯、北京海尔等。AVS芯片开发商也有20多家（我国大陆9家、台湾4家，美、欧、日、韩共10家），其中杭州国芯科技股份有限公司和北京海尔集成电路有限公司均已实现了大规模产业化，并已形成系列产品。AVS已经在浙江、湖南、河南、辽宁、河北、江苏等地及斯里兰卡、老挝、古巴等多国实现了大规模应用，全球范围内采用AVS标准播出的数字电视频道数已经超过600套。　　　　（四）动态随机存储器　　　　动态随机存储器（DRAM）与中央处理器（CPU）、数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑阵列器件（FPGA）并称四大高端通用芯片，是计算机系统的两大核心部件之一，是电子信息领域的重大战略性支柱产品。长期以来，我国的DRAM产品全部依赖国外，中国市场每年对DRAM的需求超过130亿美元，且在以每年两位数快速增长，市场主要由韩、日、美三国企业所垄断。研发中国自己的高性能、大容量DRAM对于发展自主可控的中国电子信息产业具有重大战略意义。　　　　但是，DRAM产业对制造技术要求高，设计复杂，生产线投资巨大，知识产权壁垒高，我国企业在过去20多年中虽然不断努力，但终因各种条件的限制，未能有所突破。2008年，山东华芯半导体公司抓住全球DRAM的主要生产商――德国奇梦达公司破产清算的有利时机，收购了奇梦达在中国西安的研发中心，并通过授权等方式获得了奇梦达公司基于65nmBWL工艺平台的芯片与模组设计，晶圆、颗粒及模组测试等相关的专利、Knowhow等知识产权和开发工具，以及上万件专利的使用权，扫清了自主发展DRAM产品的知识产权障碍，拥有了优秀的人才资源、技术资源和设备资源等，具备了发展自主DRAM产品的基础条件。　　　　2009年，“核高基”重大专项抓住机遇大力支持山东华芯半导体研发DRAM产品。经过2年多的努力，山东华芯半导体公司推出了DDR2产品，经过测试完全达到了奇梦达产品的质量和性能，开始进入市场，产品销往国内和欧洲市场。到2011年底，山东华芯的DDR2产品已经累计出货超过400万颗，实现了我国DRAM产品零的突破。更为可贵的是，山东华芯在引进消化吸收奇梦达技术的同时，不断创新，在产品设计技术、低功耗等方面有所突破，积累了良好的存储器设计、测试、量产、方案构建及推广应用等研发和产业化经验，成长为全球重要的DRAM研发企业。　　　　山东华芯的DDR2产品采用掩埋字线（BWL）技术，使用65nm工艺制造，单芯片容量2Gb，速度达到800Mbps以上，符合国际JEDEC规定的DDR2标准。该芯片的激活电流（正常工作电流）明显低于市场上的同类产品。与国际同类产品14个电流指标的对比测试结果表明，芯片电流消耗低将近10-20%，具有明显的低功耗特性。批量生产过程中，山东华芯的DDR2产品成品率大约为81%，比国际同行平均水平高16%，有力提升了产品的市场竞争力。测试结果显示完全符合掩埋字线技术和理论上的特点：相对于传统的深沟槽（Trench）和堆栈（Stack）技术，山东华芯半导体所采用的掩埋字线（BWL）技术具有两个最显著的优点：即更少的关键工艺和更小的字线位线耦合电容。　　　　山东华芯的DDR2产品主要面向计算机、服务器等主流应用，在计算机、服务器等领域取得了重要进展。除此之外，在数字电视机顶盒等流域，也由于其低功耗特性，赢得了市场准入。图12-图13是山东华芯半导体的DDR2产品及部分应用情况。　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　（五）智能卡专用芯片　　　　上世纪80年代，法国人罗兰德•莫雷诺（RolandMoreno）发明了集成电路卡（以下简称IC卡）。经过20多年的发展，IC卡已经演进为具备信息处理功能和承载电信业务的智能卡（SmartCard），并在电信、身份证明和金融领域得到了广泛的应用。1998年，清华大学微电子所与大唐微电子合作开发的公用电话IC卡芯片通过信息产业部组织的技术鉴定，在市场上获得了巨大成功，并获得2001年国家科技进步二等奖。　　　　随着我国在上世纪90年代中期开始全面部署以GSM为代表的移动通信系统，SIM卡成为不可或缺的关键产品。遗憾的是，当时我国每年发行的数千万张SIM卡全部为国外产品所垄断。鉴于以SIM卡为代表的电信智能卡在信息安全、国民经济发展、个人隐私保护和金融安全等方面的关键作用，中央政府高度重视并设立了包括移动通信专项、产业研发资金、国家科技计划和国家科技重大专项等一系列科技和产业化项目，支持自主电信智能卡的科技攻关和产业化。经过产学研结合及参研单位的共同努力，在电信智能卡技术上不断进步，形成了深厚的智能卡芯片专有技术积累，产生了一系列重大突破，为基于闪存的电信智能卡芯片的研发提供了强有力的技术保障。　　　　在原信息产业部和国家发改委的支持下，大唐微电子、清华大学和华虹NEC等单位联合攻关，勇于创新、善于创新，在全球率先采用闪烁存储器（Flash，简称闪存）替代传统IC卡的只读存储器（ROM）和电擦除可编程存储器（EEPROM），并突破了芯片设计、可靠性、安全防护等一系列关键技术，一举打破了国外的技术垄断。通过不断的努力，站到了国际前沿，引领了电信智能卡芯片的发展潮流，取得了丰硕的经济和社会效益。基于闪存的电信智能卡技术推动了IC卡向智能卡的战略转变。“基于闪存的智能卡”专利获得国家知识产权局和世界知识产权组织的专利金奖。　　　　华虹NEC致力于自主工艺的研发，在嵌入式闪存制造方面形成了自己独到的工艺和技术，为基于闪存的SIM卡研发和大批量生产打下了牢固的基础。在“核高基”国家科技重大专项的支持下，华虹NEC在智能卡存储器IP核上形成了系列化产品，强有力地支撑了国产智能卡芯片的发展。华虹NEC已经成为世界上最有影响力、最有优势的智能卡芯片制造商。　　　　在基于闪存的智能卡集成电路的攻关过程中，清华大学、大唐微电子和华虹NEC三家单位密切配合、共同努力，先后攻克了闪存型智能卡集成电路芯片总体架构、低功耗控制、可靠性、芯片级和应用级安全防护、新型智能卡片上操作系统（COS）、存储空间动态划分与应用部署、非挥发存储单元浮栅关键技术、芯片抗静电冲击等关键技术和产业化，形成了全产业链的配套生产能力，取得了一系列重大技术突破和产业化成绩。包括：　　　　1.基于闪存的智能卡集成电路芯片创新架构。闪存型智能卡芯片是对采用ROM和EEPROM存储器的传统IC卡技术的革命性创新，是使IC卡成为智能卡的关键。这首先体现在传统的IC卡由于ROM的不可更改性，无法实现应用程序的更新和升级；其次，由于操作系统代码必须交给芯片制造厂用于ROM制备，无法保证代码的安全；第三，由于EEPROM的结构，决定了单元面积很难进一步缩小，无法实现大容量存储。而使用闪存则完全避免上述问题，是一个创新的智能卡芯片架构。但是，闪存的引入也引发了可靠性、存储器内容防护等新课题。在攻关过程中，这些由闪存引发的问题通过一系列关键技术的攻关得到了彻底解决，实现了闪存型智能卡的实用化和产业化；　　　　2.闪存型智能卡芯片的可靠性技术。采用闪存实现的智能卡芯片尽管提供了COS和数据的后期写入，防止了COS代码和数据的前期泄露，但是对闪存的可靠性要求大幅度提高。鉴于闪存的可靠性要低于ROM和EEPROM，承研单位在硬件的可靠性保障设计、COS的闪存操作控制、软硬件容错控制等方面进行专门设计，开发了高可靠的制造工艺，保证了COS运行和数据存贮的可靠性。闪存型智能卡芯片的数据有效存储时间超过10年，反复擦写次数超过30万次，均达到和超过了传统IC卡的芯片；　　　　3.闪存型智能卡安全防护技术。采用闪存提高了灵活性，但也为后期的恶意篡改提供了可能。为了提高闪存型智能卡芯片的安全性，硬件系统采用了多用户分级、分区存储、下载控制等机制，保证了不同用户对闪存的操作被限制在允许的范围内。智能卡软件采用了注册表管理、数据断点续传、动态划分与存储回收等技术，保证了动态更新的安全性；　　　　4.闪存型智能卡存储空间动态分配和管理技术。基于硬件的存储器操作权限管理控制和基于软件的地址配置相结合，实现了可控粒度的存储器功能划分，实现了可执行代码的安全写入和执行切换；　　　　5.闪存型智能卡业务动态管理技术。通过在硬件和软件两个方面的协同设计，成功实现了SIM卡增值业务的在线修改和更新。在硬件方面，以闪存取代了ROM和EEPROM，为智能卡程序代码的在线修改和升级提供了可能。闪存的采用也使得存储空间的动态分配和管理成为可能。在软件方面，承研单位发明了基于SIM卡应用工具箱（STK）技术的移动通信增值业务空中下载技术(简称OTA技术)。利用该项技术，实现了电信业务的下载管理、业务安装、业务注册和存储更新等以往无法实现的功能。运营商或用户可以对卡内增值业务进行在线变更，有效提高了用户黏性和数据业务的运营收益。基于闪存的SIM卡技术有力地支持了电信运营商在SIM卡上开发全球领先的创新型技术和服务，有力地支撑了我国电信业在该领域领先全球、引领国际同行的新业务发展；　　　　6.闪存型智能卡芯片工艺平台。在本项目实施之初，尽管闪存技术已有相对成熟的制造工艺平台，但应用于智能卡的嵌入式闪存工艺还是空白。项目实施过程中，攻克和解决了工艺设计、工艺流程、可靠性、成品率和规模化生产等一系列关键技术，解决了闪存的编程控制、电荷泵、数据保持、单元面积、芯片抗静电能力等关键性技术问题，工艺平台的产出良率达到国际先进水平，形成了高效、稳定、可靠的工艺平台，工艺水平也从早期的0.35/0.25um逐步升级到130/90nm。经过大规模生产的检验，证明了工艺平台的先进性；　　　　7.闪存型智能卡IP核库。IP核是SoC的重要组成部分，本项目实施过程中，依托自主的嵌入式闪存工艺，形成了系列化的闪存IP核，极大地方便了智能卡芯片研制过程，缩短了研制周期。所实现的IP核的容量从2KB-6MB，均经过了大规模生产的检验；　　　　8.一系列基于闪存智能卡集成电路和工艺专利。通过本项目产出了一大批知识产权，包括共申请发明专利132项，已授权116项；　　　　9.重大经济效益和社会效益。基于闪存的智能卡集成电路技术和工艺平台产生了巨大的经济和社会效益。到2011年，仅大唐微电子就利用这一技术累计生产智能卡约9亿张，其中SIM卡8.5亿张，社保卡3000万张，产值累积约60亿元；华虹NEC生产SIM卡芯片35亿张，产值30亿元，成为全球智能卡芯片最重要的供应商。这项技术使得中国的智能卡技术一步跨入世界先进水平行列，目前中国企业生产的SIM卡芯片占全球的30%，中国市场上销售的SIM卡芯片60%为中国企业所生产。更为重要的是，中国集成电路设计业的崛起正是起步于智能卡领域的突破。基于闪存的智能卡技术也被国际大厂所采用，德国的英飞凌，美国的爱特梅尔，日本的瑞萨半导体和韩国的三星公司均采用这项技术生产智能卡芯片。在SIM卡领域，全球超过80%的产品采用闪存技术生产智能卡。基于闪存的智能卡技术为全球智能卡的发展也做出了积极的贡献。　　　　基于闪存的智能卡集成电路和工艺平台是一个整体，首次在产业链上形成了完整的链条，创新的分布涵盖了芯片架构、芯片设计、软件、工艺所有链条，是一项产学研结合、系统攻关、协同创新的典范。这一技术的诞生不仅打破了国外企业的垄断，填补了空白，其技术的先进性带动了全球智能卡芯片的战略转型，也推动了我国智能卡企业的群体突破，具有重大的战略意义。　　　　（六）第二代居民身份证芯片　　　　我国经济建设和社会发展中人流、物流、信息流日益活跃，居民身份证制度在证明公民合法身份、维护公民合法权益等方面的地位和作用越来越明显和重要，而我国第一代居民身份证制作工艺较为简单，科技含量较低，极易仿冒伪造，已远远不能适应经济社会发展需要。1997年3月国务院第143次总理办公会认为非接触式集成电路卡技术具备综合优点，适于居民身份证的应用；2001年1月，国务院第90次总理办公会议原则同意公安部《关于采用非接触式IC卡技术换发我国第二代居民身份证的请示》，同年6月，国务院印发了《关于换发第二代居民身份证有关问题的批复》，至此，我国新一代居民身份证(以下简称：二代证)确定采用非接触式IC卡技术制作。2003年6月，第十届全国人大常委会第三次会议通过了新修改的《中华人民共和国居民身份证法》，胡锦涛主席发布中华人民共和国主席令第四号，公布自日起实施。　　　　新换发的居民身份证则采用新的实现技术和新的制作工艺，缩短证件制发周期；在原有视读功能的基础上，增加机读功能；采用较先进的防伪措施，提高证件的防伪特性；同时，作为国家法定证件和公民身份号码的载体，为适应国家现代化和信息化建设的发展趋势，证件还应具备机器阅读检验和计算机联网查询的功能。二代身份证及其关键芯片需要具备可用性、高可靠性、高安全性和可生产性等特点，因此必须在掌握关键技术上有突破，才能满足在全国范围内的发放和应用任务。　　　　为满足第二代身份证芯片的需求，业内公司、科研单位、大专院校等多个单位开展了多项专题技术攻关：重点研究第二代居民身份证专用芯片抗静电放电（ESD）可靠性设计技术、芯片安全性设计关键技术、卡片与机具的适应性设计关键技术、芯片模块工艺优化技术、芯片可靠性评价技术、芯片应用安全性评估技术、芯片失效机理分析等关键技术；取得了ESD保护电路设计技术、非接触芯片调制技术、非接触稳压电路技术、多通道测试技术、噪声检测技术、真随机数发生器电路设计技术、防攻击安全性设计技术、非接触阅读器调制技术、非接触卡条带优化技术、非接触模块抗压测量技术、芯片参数测试分析技术与装置、EEPROM寿命预测技术、失效分析技术、芯片失效统计分析方法和应用安全性评测方法等20项关键技术与方法成果，并成功应用于各公司的二代证专用芯片产品设计与优化。　　　　近6年的事实证明，在产业的共同努力下，已发行近12亿颗二代证芯片，可靠性、安全性与兼容性已获得实用验证，取得了非常大的经济社会效益，直接和间接经济效益高达240亿以上；同时，也对我国集成电路设计、制造、封装和测试等产业的发展起到了重要的技术推动作用。该项成果获得了2008年度国家科技进步一等奖。　　　　三、集成电路制造　　　　集成电路是信息产业的核心，而制造工艺则是集成电路发展的基础。近十年间，我国集成电路制造业也获得迅猛发展。“十一五”初期，全国芯片生产线从4英寸线到12英寸线总数已达40条。中芯国际公司12英寸生产线的建成，标志着我国芯片制造业水平跨入世界先进行列，其28nm量产工艺预计在2013年能够初步完成。华力微电子55nm工艺在2011年开始试流片，丰富了我国高端制造的产业版图。我国年销售额超过6000万美元的芯片制造商已超过8家，集成电路制造业2005年到2012年的平均增长率达到30%。在产业发展的同时，在集成电路制造关键技术领域也获得了喜人的突破。　　　　（一）极大规模集成电路制造工艺　　　　2000年至2003年期间，北京大学、清华大学和中科院微电子所等单位在国家“973”项目的支持下，针对CMOS集成电路技术发展到100nm以下的纳米级技术时代以后所面临的基础技术和物理限制等问题展开研究，在器件结构、材料及工艺、包括量子效应等物理效应的器件和可靠性模型等方面，取得了一系列的阶段性创新成果；与此同时，成立不久的中芯国际自主开发了130nm大生产和铜（Cu）制程工艺，这为后来在纳米级集成电路大生产工艺开展研究奠定了良好的工艺技术基础。在以上研究的基础上，从2003年起，国家“863”计划实施了重大专项课题-《0.09微米CMOS集成电路大生产工艺与可制造性》，北京大学、浙江大学、西安电子科大、清华大学、中科院微电子所和中芯国际等在相关领域具有研究基础和研发优势的单位合作，组成了产学研联合的研发团队，在90nm-65nmCMOS大生产关键技术方面开展多方位的研究，重点研究和解决90nm-65nmCMOS大生产关键工艺技术中需要攻克的技术难题和核心工艺。其中包括：栅工艺中的超薄SiON栅和高K/金属栅制备技术、源漏结构工艺中的Co/Ni硅化物自对准浅结技术、微细加工工艺中的特征尺寸控制技术、铜/低K介质互连工艺以及包括量子效应和工艺因素的器件模型技术、OPC和PSM的版图检测校正的可制造性技术、考虑新的物理效应和工艺影响的可靠性分析和寿命预测技术等。在极大规模集成电路制造工艺的研究中，取得了一系列重要的核心技术突破。　　　　1. 在90nm大生产工艺模块及其集成技术方面：基于中芯国际的大生产工艺平台，针对90nm大生产工艺模块和集成技术开发需要解决的关键技术问题展开研发，重点攻克了如下的主要技术难题：①多晶硅栅图形的加工工艺。通过将193nm光刻和等离子体（Plasma）刻蚀技术引入到微细加工工艺模块技术中，成功开发出栅长为50nm、剖面的陡度大于89度，整体CD均匀性小于4nm，源漏区(S/D)硅损失小于1nm的多晶硅栅图形，可以满足90nm-65nm大生产技术的需求；②EOT&1.5nm的SiON栅制备工艺。采用了炉退火氧化技术制作SiO2薄膜层，然后进行等离子体氮化和高温热处理的新型栅氧化层制备技术，成功开发出等效氧化层厚度（EOT）小于1.5nm、栅泄漏电流仅为SiO2栅泄漏电流的20%、可靠性技术指标等满足90nm技术的需求的SiNO栅氧化层制备技术，其中等离子体氮化和高温热处理工艺的优化选择是该技术的关键和难点；③CoSi自对准金属硅化物浅结制备技术。通过采用创新的低能离子注入和尖峰退火技术结合的新技术，成功开发了结深小于40nm、具有稳定的低源漏电阻、高可靠性、低成本的CoSi自对准金属硅化物浅结制备技术，既满足了90nm技术需求，又降低了工艺成本；④低K/Cu互连工艺模块技术。通过采用增强等离子体CVD等新技术，成功地将K&2.9、硬度和弹性膜量可以承受CMP和封装工艺、具有高可靠性的SiOC低K介质集成到低K/Cu互连工艺模块技术中，开发了多金属层的互连工艺模块技术，性能可满足90nm和65nm技术的要求；⑤90nm大生产工艺集成技术。通过工艺集成创新，成功解决了工艺和材料兼容以及可靠性等难题后，完成了90nm大生产技术的集成和工艺整合，成功制备并演示了集成度为4.7&#/cm2个晶体管的SRAM标志电路。根据以上研究结果，中芯国际成功开发了高性能、低成本的90nmCMOS逻辑集成电路大生产工艺技术，其大生产量产技术指标及可靠性顺利通过了客户的考核和认证，所制造产品的成品率迅速达到90%以上，已于2005年底开始量产和承担对外加工服务。　　　　2. 在适于90-65nm技术的器件模型和参数提取及验证技术方面：以企业先进工艺平台为基础，针对特定的产品和技术需要，在综合考虑二维量子力学效应、横向非均匀掺杂、应力影响等新的物理效应、工艺和器件结构特征的基础上，研究开发了适于多种器件结构的模型和模拟方法，以及相应的参数提取和模型验证技术。所开发的主要模型都经过了大生产工艺的验证，其中部分模型已经被中芯国际在大生产中采用，另一部分被应用到相关技术的开发和应用中。　　　　3. 在适于90-65nm技术的器件和电路可靠性模型和评测技术方面：基于中芯国际90nm大生产工艺平台，系统研究了工艺条件、器件尺寸和结构、应力条件、电路工作模式等对器件失效模式的影响，发现了诸如活力空穴增强pMOS器件的NBTI退化、Si-H键释放的H原子在SiON介质层的扩散具有耗散输运等新机制以及MOS器件性能退化与电路工作频率相关等新规律，这对器件可靠性的正确评估和大生产工艺的优化选择提供了坚实的理论基础；以此为基础，得到接近于实际工艺的CMOS器件和电路重要失效模式和模型，开发建立了适于90nm-65nm技术的可靠性模型和评测平台，在中芯国际大生产工艺技术中得到应用。　　　　4. 在90nm技术的可制造性检查验证优化设计技术方面：基于大生产工艺，在分析各种物理效应影响和实际流片实验的基础上，开发了实际光刻流程的模拟模型，建立了适于90nm-65nm技术包括OPC和PSM可制造性检查、优化设计及验证方法。完成了可对实际版图进行可制造性检查的验证软件工具和校正软件的开发以及对90nm大生产实际工艺流程进行可制造性设计的仿真环境，实现全芯片的可制造性进行检查验证和校正处理。　　　　5. 在65nm大生产关键工艺技术研究方面：基于大生产技术的需求，通过技术创新和集成创新，开发了包括超薄SiON栅和高K/金属栅集成制备技术,提出并成功开发了基于两步退火工艺的新型Ni系自对准硅化物浅结工艺技术,通过技术、工艺、材料等方面的集成创新，成功地开发了包括覆盖层诱导的NMOS和GeSi源漏结构诱导的PMOS应力硅新技术，采用沉积加刻蚀多次重复等方法，开发了满足65nm技术需求的微细加工技术、低K介质材料的CVD淀积技术。　　　　6. 在适用于65nm以下技术的新型器件结构和制备技术方面：开展了高K/金属栅技术、新型器件结构和相关工艺的研究，提出了高K/金属栅与CMOS器件工艺集成技术以及新型体硅FinFET、凹槽自对准平面双栅CMOS器件、新型SONOS和氧化物阻变存储器等多种新型逻辑和存储器件结构及其制备方法，其中的部分经过大生产工艺验证，被中芯国际应用到新一代技术研发中，或作为自主知识产权进行储备。图14～图17为相关器件结构及芯片等照片。　　　　 　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　 50纳米栅线条的SEM照片 8层低K/Cu互连结构照片　　　　为了进一步推动我国集成电路制造产业的发展，提升我国集成电路制造装备、工艺及材料技术的自主创新能力，在《国家中长期科学和技术发展纲要（年）》中确立了“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”国家科技重大专项（简称“02”专项），在02专项中，已经布局了65纳米、45纳米、32－28纳米等先进成套集成电路制造工艺技术开发，可以预见，我国在极大规模集成电路制造方面一定会取得更新、更大的成就。　　　　（二）技术成果的取得，极大地推动了集成电路制造业的发展　　　　1. 成功开发了90nm-65nmCMOS集成电路大生产设计和工艺技术平台，使我国集成电路制造技术水平获得了3-4代的技术跨越，成为掌握当前国际先进集成电路大生产工艺制造技术的少数国家和地区之一，将为我国集成电路工艺、设计、设备、材料等技术的研发和高端集成电路产品的开发提供了开放的技术平台。　　　　2. 中芯国际在其12英寸大生产工艺线完成了90nm和65nm低功耗逻辑电路量产技术的开发，其中，90nm技术已于2005年底正式开始为客户提供量产代工服务，代工服务的产品涵盖了用于移动电子产品DSP芯片、数字电视芯片、手机应用芯片等各种电路芯片。其28nm工艺预计在2013年能够初步完成。目前，一些国内先进企业已有意向利用新开发的28nm量产技术设计、开发其新一代高端产品。　　　　3. 自主开发的90nm和65nmCMOS集成电路大生产关键技术工艺平台，已经成为我国新一代集成电路技术包括工艺、设计、设备、材料等技术和高端集成电路产品研发开放的产学研研发平台。将直接促进集成电路芯片制造业技术水平的跨越式提升，向设计单位开放90nm技术设计规则和电学参数将直接促进我国集成电路设计业水平的提高，对设计业的发展具有重要意义；为专用设备和专用材料技术的研发提供应用验证平台，可促进其大生产的应用和转化；这将显著地缩短了研发周期，降低研发成本，这对我国集成电路高端技术和产业的发展具有极为重要的意义，并为国家中长期科学规划中有关集成电路专项的实施打下了扎实的基础。　　　　4. 自主开发的90nm-65nm大生产工艺技术，已经成为我国新一代集成电路技术研发的基础科技平台。基于该工艺平台，中芯国际和北京大学合作完成了上海市科技兴市项目支持的90nm通用技术的开发；芯慧同用公司利用该大生产工艺平台，进行一些90nm关键结构标准单元和IP库的开发建设；北方微电子的100nm高密度等离子体刻蚀机、中科信的大倾角离子注入机、七星华创的CVD和退火高温炉管、有研硅股的12英寸大直径硅片材料等都利用该平台进行了相应的应用验证，这对我国先进集成电路工艺设备和材料技术的开发应用是具有重要的推动作用。多项国家重大项目如“973”和“863”项目也基于该工艺平台，开展了面向新一代技术和产品的研究和开发，如3G移动通讯、HDTV、新型RRAM和PRAM存储技术等，这为我国在参与未来集成电路和信息技术领域的国际竞争中占得先机和有利地位，奠定了基础。　　　　推动了我国利用130nm-65nm技术设计、开发高端集成电路产品的推广和应用。高性能集成电路设计中心、中星微、展讯等企业已在采用或拟采用中芯国际130nm-65nm工艺开发、设计、生产包括CPU、DSP和移动通讯处理电路等高端集成电路产品，这将促进我国集成电路设计水平和高端集成电路产品的开发能力的提高，为新一代45nm-28nm技术开发奠定良好的工艺平台，对我国集成电路技术和产业的发展将具有重要的里程碑作用和影响。　　　　（三）面向应用的特色集成电路制造工艺　　　　依据国际半导体技术蓝图（InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors，简称ITRS），MorethanMoore（超越摩尔定律）将是未来半导体技术发展的三大方向之一，这就需要各类特色工艺的支持。　　　　从“十五”开始，在国家“863”计划和国家科技重大专项支持了多项特色工艺的课题。例如在功率集成电路制造工艺方面，针对国内高端功率集成电路设计在器件击穿电压、导通电阻和安全工作区等相互制约关系的技术瓶颈，开展研究、实验、分析、优化，突破了基于国内半导体工艺线的功率器件结构、集成工艺和可靠性技术，并开始从CD工艺集成向BCD工艺集成发展，从单一的SOI功率集成向SOI基功率集成、基于硅外延片的功率集成和基于体硅的功率集成发展，提出了“新型功率半导体器件体内场理论”并将之推广应用。各类特色工艺经过十多年的研究，取得了一系列重要的核心技术突破。　　　　1．射频集成电路制造工艺方面：　　　　（1）提出了以局部介质增厚技术提高电感性能的新方法。该方法通过淀积氧化层和选择性回刻，实现了电感下方氧化层的局部增厚，避免了全局增加介质厚度的限制和风险。该方法步骤简单，完全兼容于CMOS工艺，能有效增加电感的品质因数及谐振频率；　　　　（2）提出了超厚铝的高精度刻蚀新方法。利用铝对氧化硅的高选择比，采用“氧化硅/光刻胶”双层掩模掩蔽反应离子刻蚀铝，突破了常规干法刻蚀铝的厚度限制，实现了厚达6μm的铝，显著减小了电感的串联电阻和提高了品质因数；　　　　（3）采用上述自主开发的局部介质增厚技术和超厚铝技术，在高阻SOI衬底上制作的2/5/10nH螺旋电感的品质因数分别高达16.3/13.1/8.6，性能处于同类工艺（两层铝布线、高阻衬底）的当时国际领先水平，图18～图19为电感结构示意图和芯片照片。　　　　 　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　（4）研制了缓变沟道掺杂的射频SOINMOS器件。其结构和工艺完全兼容于LDMOS器件，适用于0.25μm以上的NMOS器件；　　　　（5）研制了SOILDDNMOS器件。器件最小栅长0.25μm，具有优良的直流及射频性能；截止频率和最高振荡频率分别达到25.6GHz和31.4GHz，处于当时国内领先水平；　　　　（6）针对薄栅氧LDMOS难于制作自对准硅化物的问题，开发了“氧化硅/氮化硅”双层复合侧墙基础上的自对准硅化物新技术，成功地用于制作薄栅氧、薄膜SOILDMOS器件硅化物，使不同栅长的LDMOS器件截止频率提高了27%-42%，最高振荡频率提高了14%-22%。实现的LDMOS最小栅长为0.25μm，0.5/0.35/0.25μmLDMOS的截止频率分别到达15.1/17.8/19.3GHz，击穿电压分别达到16.6/17.2/16.3V，达到当时的国际先进水平；　　　　图20一种SOI射频集成电路剖视图　　　　（7）采用上述开发的新技术和器件结构，在单层多晶硅、双层铝布线的1.2μmSOICMOS工艺线上实现了两种0.25μm的SOI射频集成电路，包含了功率MOS、NMOS、电感、电容、电阻及MOS变容管等多种有源和无源器件，可满足900MHz-2.5GHz的无线通讯终端射频集成的基本需要，图20为一种SOI射频集成电路剖视图。　　　　2.嵌入式Flash存储器制造工艺方面：　　　　（1）清华大学和中芯国际（上海）集成电路制造有限公司合作成功开发出具有完全自主知识产权的0.18微米嵌入式SONOS型快闪存储器集成工艺，其主要技术特点为：基于电荷俘获SONOS单晶体管单元技术的0.18微米1P/4MCMOS完全兼容工艺，工作电源电压1.8V，接口电源电压3.3V，共28层光刻版。存储器栅长0.18m，单元面积为0.4m2，典型字节编程速度为8V/10s，块擦除速度为5ms，擦写疲劳可靠性&105擦写循环，室温和150℃下数据保持可靠性&10年。该工艺技术具有单元面积小、工艺简单、成本低、读取速度高、可靠性好、适宜更小线宽工艺兼容等优点；　　　　（2）基于自主开发的0.18微米嵌入式SONOS快闪存储器集成工艺，联合承担单位合作成功开发出4M位SONOS存储器IP硬核（THESM040M）。该IP核芯片具有多区块划分、内置编程和擦除算法、自动挂起和恢复操作功能、内部状态监控功能、灵活的区块保护设置、功耗管理功能、异步分页读取模式及内建自测试等多种功能模式；芯片采用内部高压电路功耗管理、新型阵列结构、反向编程正向读取技术和读取灵敏放大电路等多项专利技术，实现了低压低功耗操作及高速读取。4M位IP核电路面积为4.8mm2，工作电源电压为1.8V/3.3V，编程速度为10&s，读取速度&40ns。该IP核芯片在嵌入式MCP、智能卡、PDA、机顶盒和各种消费类电子产品等产品领域有广阔的应用前景；　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　（3）在上述技术基础上，近年又持续开发出0.13微米双管SONOS结构嵌入式快闪存储器IP核、4M位特种应用快闪存储器芯片和65nm/128MbNOR型快闪存储器芯片等系列成果。图21为0.18微米eFlash单元及4Mb存储器IP硬核芯片图；　　　　3.高压集成电路制造工艺方面：　　　　（1）提出了多种可集成的创新型功率MOS器件结构，包括具有缓冲层、复合场极板及内置场限环的三维高压MOS结构等，对硅基工艺下的器件击穿电压、导通电阻、安全工作区等关键技术指标获得突破性提升；　　　　（2）首次提出了体硅100VCDMOS和200～800V外延高低压兼容的BCD集成工艺技术，具有工艺稳定性高、兼容性好、成本低等优势，使这些新型器件适用于多种功率MOS集成电路的量产；　　　　（3）首次提出了一种带有缓冲级的新型低功耗高低压转换电路，使功率集成芯片功耗降低20％以上；　　　　（4）提出了多种功率MOS集成电路可靠性和良率控制技术，包括消除集成工艺中复用光刻板套准误差影响的技术和功率MOS集成电路抗闩锁效应技术等；　　　　（5）在国际上首次提出SOI（SilicononInsulator）基高压器件的介质场EI增强理论；　　　　（6）首次提出硅基高压器件体内场降低理论。上述理论及技术与传统“表面场优化”技术相对应，称之为“体内场优化”技术；　　　　（7）基于背栅场控效应，降低SOI横向高压器件体内高场区电场，提高体内低场区电场，以优化体内场分布，突破习用结构的纵向耐压限制，提高SOI横向高压器件的击穿电压；　　　　（8）基于体内场优化理论，提出场氧注入IFO（ImplantationafterFieldOxide）技术，解决薄层SOI高压器件穿通击穿难题；　　　　（8）发明了系列高压半导体器件新结构和功率集成电路产品。　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　 600)this.style.width=600;" border="0" />　　　　　　四、集成电路封装　　　　近十年来，我国集成电路封装产业始终保持着强劲的增长势头。以2010年统计数据为例，国内集成电路产业的销售收入规模为1440.2亿元，比2009年的1109.13亿元增长29.8%，在集成电路设计、芯片制造和封装测试三大产业中，封装测试业的规模仍然保持最大，占到46.6%。在第五届（2010）年中国半导体创新产品和技术的评比中，封装测试业有四个产品入围，同时国家重大科技专项的实施加快了集成电路封装产业的技术创新步伐，为其发展增添了活力。　　　　目前国内封装测试企业仍主要集中于长江三角洲、珠江三角洲和京津环渤海湾地区，中西部地区因国家政策扶持引导，区位优势逐步显现，对内外资企业的吸引力不断增强。长三角洲地区仍是外资、台资封装测试企业在中国大陆的主要聚集地，但近几年来，因土地、人力、能源等运营成本不断提升，对外资封测企业的吸引力在减弱。长三角地区，欧美日资本在退出封装测试业，而韩国、台湾地区的资本在大规模进入，总体分布情况变化不大，数量有少量增加。　　　　据统计，2010年底，国内有一定规模的集成电路封装测试企业有79家，其中本土企业或内资控股企业23家，其余均为外资、台资及合资企业。目前，国内外资IDM型封装测试企业主要封测自己的产品，OEM型企业所接订单多为中高端产品；而内资封装测试企业的产品已由DIP、SOP等传统低端产品向QFP、QFN/DFN、BGA、CSP等中高端产品发展，而且中高端产品的产量与规模不断提升。表1是国内集成电路封装测试业统计表，表2是国内封装测试企业的地域分布情况。　　　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />　　就封装形式来讲，国内市场仍以SOP（SSOP、TSOP）、QFP（LQFP、TQFP）等中低端产品为主，但随着平板电视、信息家电和3G手机等消费及通信领域技术的迅猛发展，国内集成电路市场对中高端电路产品的需求不断增加，集成电路设计公司和整机厂对MCM（MCP）、QFN/DFN、BGA、CSP、3D、SiP、WLP和FC等中高端封装技术产品的需求明显增强。随着三网融合、物联网及TD-SCDMA(3G手机标准)与CMMB（中国移动多媒体广播）两大自主标准与技术的进一步融合与发展，先进封装产品的市场需求将稳步增长。　　　　为满足欧盟RoHS、WEEE及中国《电子信息产品污染控制管理办法》等指令的要求，无铅化电镀、绿色树脂等技术已广泛使用，无铅产品已是集成电路产品的主流。同时，因黄金、铜等有色金属价格的不断攀升，合金丝（金基、非金基）及矩阵式框架等低成本技术的研究日趋活跃，部分批量生产的产业化技术趋于成熟，各公司正大力推广此类降低成本的技术，以保证企业有足够的市场竞争力。　　　　近几年，国内集成电路封装测试企业技术创新方面又有突破。不断研发、持续投入，创新封测技术及产品已是业界共识。通富微电、长电科技等企业在多圈阵列四边无引脚封测、高密度BUMP、双层线路WLCSP，多芯片封装（MCP）等技术领域取得了新的成果，部分产品已开始量产。在中国半导体行业协会、中国电子报等联合举办的“第五届（2010年度）中国半导体创新产品和技术”评选活动中，长电科技、通富微电等单位的四项技术成功入选。　　　　600)this.style.width=600;" border="0" />
　　　　当前，在工艺技术发展和电子系统需求的双重驱动下，系统级封装（SiP，SysteminPackage）成为未来封装技术和系统集成的主流技术路线之一，国际半导体技术蓝图（ITRS）2003年即明确将SiP列为了半导体技术的重要发展趋势。ITRS在上述白皮书中表述的关于未来半导体技术发展的基本判断中包括：延续摩尔定律（MoreMoore）、扩展摩尔定律（MorethenMoore,MtM）和超越CMOS（BeyondCMOS）是三个主要的发展方向。半导体技术发展必须满足未来高性能、低功耗、小型化、异质工艺集成、低成本的系统需求，单纯依靠芯片系统（SoC，SystemonChip）已经难以实现和满足这样的需要，因此与SoC互补，在封装层次完成系统集成是一个现实的解决方案。SiP和SoC两者的充分结合将是未来高附加值集成电子产品的主要解决方案。　　　　在SiP成为熟知的概念之前，多芯片模块（MCM）曾经作为重要的技术方向被关注，但是由于当时所处的环境和技术的成熟度，导致了良率上存在较多的问题，因此没有广泛应用。自2000年以来，系统级封装（SiP）作为一种新的集成方法成为了封装领域关注的一个焦点。作为一项先进的系统集成和封装技术，SiP具有一系列独特的技术优势，满足了当今电子产品高性能、多功能以及更轻、更小和更薄的发展需求，具有广阔的应用市场和发展前景。　　　　可喜的是，在国家相关政策的支持下，尤其是2009年以来在国家科技重大专项（如02专项）的支持下，国内骨干的集成电路封装企业（如长电科技、南通富士通、天水华天、华润安盛等）在先进封装技术的开发、储备、应用上得到了长足发展，在某些方面开始对国际封装企业巨头开始形成了挑战。国内的研究机构在多年坚持跟踪国际研究动态的基础上，结合国内产业的现状，在紧密联系产业界的同时，也提出了在SiP技术领域的研究方向。国内信息产业的一些重要的集成制造商（如华为、中兴通讯、联想、国民技术等）在产品系统集成的过程中，不断面临着SiP技术落后的障碍，因而对系统级封装有着巨大的需求。　　　　与国际上的情况一样，系统集成制造商和芯片设计企业对系统级封装的需求是封装企业在SiP技术开发方面的推动力。中兴通讯、华为技术、联想科技等大型终端产品企业对SiP技术的也有较多需求。华为技术、中兴通讯这类通信设备厂家需要SiP技术的产品包括：DDR内存集成、基站RF多频模组、手机上网卡、手机基带与射频、电源管理芯片集成等。联想科技在手机上网卡、手机基带与射频、电源管理芯片集成、MCU和电源管理芯片集成等方面有SiP需求。华为、中兴、联想等终端产品企业产品定位在国际一线市场，对SiP技术的需求一直跟随国际最新的发展趋势，在国内是最先进行技术研究和产品尝试的企业；国民技术、展讯通讯、中星微电子等企业产品定位在国内中低端市场，更多借用国外量产技术进行二次创新的方式来完成积累，技术方向主要由本土市场来驱动。　　　　国内骨干封装企业近年来发展迅速，在先进封装技术开发上投入了大量的力量，在圆片级凸点技术、应用于CMOSImageSensor封装的TSV技术等方面已经具备了和世界级封装企业竞争的实力，正处在“全面赶上、局部突破”的关键发展阶段。　　　　长电科技/长电先进、南通富士通（通富微电）、天水华天等企业均在系统级封装及测试领域展开了研发。这些企业已经可以提供WaferBumping的服务，硅通孔（TSV）技术也已取得一些专利成果并开始产业化过程。在系统级封装的选型、封装设计、封装模型电性参数提取、SI/PI分析服务方面我国企业也已经积累了一些重要经验。　　　　长电科技目前的主要SiP封装产品为存储卡、智能卡、安全芯片、MEMS和DDR内存驱动等，其在2010年给国民技术设计的用于移动支付的RFID-microSD卡，集成了6颗芯片、20颗电容电阻和晶振，总厚度不超过0.65mm，已经可以量产。南通富士通（通富微电）能够提供从系统设计、电仿真、热力模拟到产品封装、测试的完整解决方案与产业链服务模式，其产品包括CMMB模块、电源模块等。天水华天在SiP方向采取低投入跟随型战略已经在试产RF-SIM数据卡和side-by-sideLGA-SiP封装的产品。　　　　国内在先进封装技术方面的研究工作有多年的历史，在封装材料界面机理、封装工艺过程和装备原理等方面多家研究所和大学都开展过多方面的工作。　　　　在先进封装技术方面，国内多家大学和研究所在金属基封装材料、无铅焊料性能与机理、封装的仿真与模拟等方面开展了基础性和应用性的研究。在系统级封装领域主要的研究力量包括中科院微电子所、中科院微系统所、清华大学、北京大学、复旦大学、华中科技大学、上海交通大学、中电13所等机构。　　　　近年来产业发展迅速，对先进技术的需求强烈，产业自发投入资源开始技术研发，在设备条件等方面已经领先于研究机构。因此目前国内的研究机构一方面在基础研究上继续开展工作，另一方面都与产业内的骨干企业建立了战略合作。“集成电路高密度封装国家工程实验室”（发改委支持）、“集成电路封测产业链技术创新联盟”（02专项支持）、“中科华天西钛先进封装联合实验室”（企业支持）、TSV联合攻关体（企业支持）等联合机构的建立，是研究机构（研究所、大学）在系统级封装的研究为产业服务的表现。　　　　在国家02专项的支持下，中科院微电子所联合多家研究机构（中南大学、清华大学、复旦大学、北京大学、华中科技大学、中科院深圳先进技术研究院、中科院上海微系统与信息技术研究所、东南大学），以“高密度三维系统级封装的关键技术研究”为主题，重点开展了系统级封装的设计方法研究、可靠性和可制造性基础研究、三维集成封装的关键技术研究和多功能化集成系统实现方法等研究工作，成为国内系统级封装研究的主要团队。目前在系统级三维封装设计、混合信号芯片的测试方法、TSV关键工艺等方面有显著突破。中科院微电子所组织国内相关的企业和研究机构，成立了针对TSV技术的联合攻关体，更多的研究机构（上海交通大学、浙江大学、中国科技大学、哈尔滨工业大学、北京工业大学、西安电子科技大学等）也加入到系统级封装的研究中。　　　　
来源:中国半导体行业信息网&&&& &&&
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