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中国微电子转折的“九五”

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2019-06-12 11:34    浏览量:

微电子技术是当代高技术群中的关键和基础,而半导体集成电路(IC)是微电子技术的核心。集成电路在各行各业的应用如水银泻地,无孔不入。集成电路技术已成为当代经济增长的倍增器、科技进步的推动器和国防安全的稳定器。集成电路产业已发展成为当今世界的战略性工业。集成电路的发展已成为影响世界各国经济发展和国家安全的重要因素之一。

目前,国际上将LSI(大规模集成电路)、VLSI(超大规模集成电路)、ULSI(特大规模集成电路)技术称之为“掌握世界的钥匙”,谁掌握了它,谁就掌握了世界。

从20世纪60年代到80年代,世界上最大的集成电路制造厂商长期由美国占有。到80年代后半期被日本的NEC企业夺去,长达6年。而近两年又被以生产微处理器芯片出名的美国Intel企业夺回。但是在世界十大IC制造厂商名单中,近两年美国只占3个,日本占6个,韩国进入1个。作为世界上两大半导体工业大国:美国和日本,长期以来龙争虎斗。从20世纪60年代到80年代前半期,一直由美国占绝对优势。到1985年,日本赶上美国,第一次出现平手。80年代后半期,日本超过美国。到1990年,美、日之间又拉近。90年代以来,美、日两国竞争激烈,榜首来回易位。近十年来,韩国半导体工业发展迅速,1985年便成为世界上VLSI的第三大生产地,尤其是在存储器DRAM上,可与日、美相抗衡。

二、历史的回顾

美国于1958年在世界上首先研制成半导体集成电路。我国在1965年也已独立自主地制造出第一块集成电路。当时与世界的时间差只有7年。IC由小规模集成(SSI)经过中规模集成(MSI)发展到大规模集成(LSI),美国用8年时间,到1966年制造出第一块LSI电路;而我国,在封闭的条件下,也仅用7年时间,到1972年制造出LSI电路,与世界相差6年。美国经过10年,到1976年制成VLSI(超大规模集成);又过10年,到1986年制成ULSI(特大规模集成),元件数达到几亿个,进入10 7 ~10 9 范围。可是,我国与它们的差距越拉越大了。

我国IC的落后状况在生产上更为严重。年产量达100万块的时间,我国比美国晚6年;年产量达1 000万块的时间,我国比美国晚10年;而年产量达1亿块的时间差距一下拉大到20年;年产量达6亿块的时间差距将拉大到24年。详见表1。

表1 年产量各种批量的时间差距

我国IC的产量在世界上始终排不上名次。近10年来,中国在世界总产量所占比例一直处于千分之三、四的水平。1987年占3.2‰,预计1995年也只占4.2‰。(1987年世界产量253亿块,中国0.8亿块;1995年世界产量预计840亿块,中国预计3.5亿块)。

中国IC产量为什么长期上不去?原因很多。我仅从IC生产手段的更新速度上来比较。IC生产是一代设备、一代工艺、一代产品。生产技术取决于采用能加工多少微米线宽的专用工艺设备,而生产规模又取决于采用能加工多大直径硅圆片的专用工艺设备。硅圆片直径从1.5英寸,经过2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸,发展到8英寸。我国IC生产手段落后状况见表2。

表2 硅圆片直径差距

目前世界上主流生产线是6英寸生产线。在1995年—1996年间,将新建77条生产线,其中22条为6英寸线,55条为8英寸线。这批生产线建成后,主流将逐渐转为8英寸线。可是目前我国主流还是4英寸线,到“八五”末,全国只有2家有5英寸线(上海先进半导体企业和无锡华晶集团企业),仅有1家有6英寸线(北京首钢日电企业)。8英寸线尚处于规划和计划之中。

三、“八五”末现状

我国自1965年独立自主地开发出第一块集成电路以来,已经历了30年。累计到1995年对IC产业的投资共计50亿元,共生产电路近18亿块。我国近10年IC产量、产值发展情况见表3。

表3 我国IC历年产量、产值统计表

从表3看出,进入90年代以来,年产量走出了三年徘徊在1亿块的局面,开始了年年增长的局面,1994年产量达2.5亿块,销售额达16亿元,“八五”期间年平均增长率为35%。预计1995年产量达3.5亿块左右,销售额达28亿元~30亿元左右。产量上虽然未能达到“八五”规划时所提4亿块的目标,但产量进入3亿块~4亿块,根据国际上发展经历,可以认为已进入“产业化元年”。

经过“七五”、“八五”重点项目建设和产业结构调整,目前已形成由五个主干企业、十来个专业生产厂和二十几家设计开发单位组成的IC产业。其主要特点如下。

(1)规模经济

南北基地五个主干企业建设已初具规模。1994年五个主干企业产量约占全行业的60%,产值比重超过80%。五个主干企业的情况见表4。

表4 五个主干企业发展现状与规划表

(续表)

其中,华晶集团企业有3条5英寸线:双极事业部1条,MOS事业部1条,中央研究所1条。前两条为2μm~3μm,后一条为1μm~1.5μm。五大主干企业工艺线概述为:

6英寸线——1条,首钢日电;

5英寸线——4条,上海先进1条,华晶3条;

4英寸线——3条,华晶、华越、贝岭各1条;

3英寸线——1条,华越。

此外,我国还有12条4英寸线。分布在生产企业有7条,为:甘肃871厂、北京半导体器件三厂、北京燕东企业、丹东半导体总厂、汕头华汕企业、福州8430厂和广州半导体厂(后三条目前未开动);还有5条分布在高等院校和研究单位,分别为:清华大学微电子所、中国科学院微电子中心、中国科学院上海冶金所二部、电子部47所(在建)和航天工业总企业西安771所(在建)。中科院微电子中心实际上有2条4英寸线,1条3μm~5μm,1条0.8μm~2μm小线。

(2)生产技术

1985年形成5μm(双极)生产能力,1990年前后形成3μm(CMOS和双极)生产能力,1994年形成2μm(CMOS)生产能力,1995年形成1.2μm(CMOS)生产能力。我国第一条6英寸、1.2μm硅片生产线已在北京首钢日电企业建成投入运行,是我国与日本NEC企业合资兴办的,它代表着我国IC大生产技术的先进水平。

(3)科研水平

20世纪90年代初期,清华大学微电子所率先在国内采用1.5μmCMOS工艺技术研究出1M位掩模ROM电路。1995年年初,华晶集团企业中央研究所采用1.0μm CMOS工艺技术研究出8位双向收发器电路。1995年5月,中国科学院微电子中心自主开发成功0.8μm CMOS工艺技术,研究出7 000门通用模糊控制器电路,并在开展0.5μm的单项工艺研究。它代表着我国当前最高的科研水平。

(4)经济效益

长期以来,我国IC生产厂家大多处于盈利不多的状况,一般强调对社会产生二次经济效益。但到1993年,全行业盈利超过1.3亿元,产销率超过95%。1994年上海贝岭企业年销售额达4.64亿元,创国内IC最高纪录,人均销售额接近国际先进行列,销售利税率高达48.26%,进入电子行业百家企业,名列55位。华晶集团企业在百家企业中排名第48位,销售额共计5.13亿元,包括分立器件和IC。预计1995年首钢日电企业将创销售额8亿元的纪录。

(5)产业结构

经过多年努力,我国IC产业内部,设计业、芯片业、封装业三业分立的局面已逐渐形成,开始克服过去“大而全”、“小而全”的现象,为进一步实行专业化生产、加速发展创造了较好的条件。

总之,我国IC产业到“八五”末,已具备了转折发展的基本条件,可开始IC“产业化元年”,将逐步进入健康、快速增长阶段。

四、“九五”的建议

1990年10月,当国家提出要实行“908”工程之际,我曾向国家计委、机电部提出“中国IC产业十年发展规划设想要点”,提出“海燕”计划——“907”和“银箭”计划——“银箭Ⅰ”——“908”,以及“银箭Ⅱ”——“909”。当时主要内容为:

截至1990年,共投资15亿元。建议自1991年至2000年共投资165亿元,累计投资180亿元。到2000年目标年产13亿块。当时预测2000年中国IC市场需求20亿块,市场满足率达65%。

其中“海燕”(907)计划,2μm~3μm~5μm,原投15亿元,增投65亿元,累计投资80亿元。到2000年产量达12亿块。“银箭Ⅰ”(908)计划,1μm~1.5μm,投资60亿元,2000年产量达0.8亿块。“银箭Ⅱ”(909)计划,0.6μm~0.8μm,投资40亿元,2000年产量达0.2亿块。

1994年11月,参加了国家计委和电子工业部组织的《集成电路产业“九五”发展战略研讨会》之后,又向电子工业部提出了对我国《集成电路“九五”发展规划》的补充建议意见。现根据目前情况,调整归纳如下:

(1)中国IC产量占世界市场的份额

建议为1%,以求取得一席之地。2000年世界IC市场预测为1654亿块,建议中国2000年IC产量规划为16亿块。

(2)“九五”期间IC递增速率

国民经济总产值年递增率规划为10%;

电子工业总产值年递增率规划为20%;

建议IC总产值和总产量年递增率规划为30%~40%之间,参见表5。

表5 1995年IC产量不同起点对“九五”递增速率影响的测算表

从表5看出,1995年起点产量在3亿块至4亿块之间,需要以32%至40%的年递增率才能在2000年达到年产16亿块的目标。

2000年中国IC市场,近来预测将达到38亿~40亿块。这比五年前预测数翻了一番,说明IC应用发展迅速,中国IC市场不断扩大。2000年如能实现年产16亿块,国产电路在国内IC市场所占份额就能上升到40%。详见表6。

表6 国产IC在国内市场所占份额增长表

(3)对投资额大小的建议

如前所述,1990年在累计投资15亿元的起点上提出的IC十年规划设想,总投资额165亿元。当时建议分配方案如表7所示。

表7 1991年—2000年十年规划IC投资分配表

五年过去了,“八五”实行结果,到1995年年底累计投资不是当时建议的15亿元+85亿元=100亿元,而是15亿元+35亿元=50亿元。在此起点上,对“九五”投资建议方案如表8所列,方案一为1994年所想,方案二为目前想法。

方案二的投资重点是使当前国内已经自主开发的0.8μm~1.0μm~1.5μm技术尽快形成生产力,这是目前国外到中国来寻求加工较多的设计工艺要求。为了缩短与国外技术上的差距,更重要的是投向0.5μm~0.6μm,这是国外刚投产不久的技术水平。其次是开展深亚微米(0.3μm~0.4μm)技术的研究开发工作,以求到2010年跟上世界水平。

表8“九五”计划IC投资建议方案表

五、重大的措施

为了使“八五”末期具备转折发展的基本条件,并给我国微电子产业带来“产业化元年”,国家必须采取重大决策和果断措施。

(1)国家领导高层决策

1986年美国在半导体市场上输给日本之后,引起了美国朝野上下高度重视,美国政府亲自出马迎战,1987年美国国会成立了国家半导体咨询委员会,提出了《危机中的战略工业》报告。

如今1995年,在当今国际形势和中国海峡两岸形势下,世界上正在新建的77条IC生产线中,亚太地区就有19条,其中3条6英寸线,16条8英寸线,主要在中国台湾省和韩国。根据在台湾了解到的情况:1995年有2条~3条8英寸线投产,将于1998年全部建成。韩国SAMSUNG企业紧跟世界当今冠军——美国Intel企业,正在筹建0.25μm、12英寸生产线。

1990年12月15日,江泽民总书记等中央领导人听机电部汇报“908”工程建议中提出申请50亿国家专项资金(其中计算机15亿,IC35亿)时,江总书记曾问是人民币还是美金。说了如果增加50亿人民币的投资不算大。但是,五年过去了(1990年8月—1995年8月),6英寸大生产线还没有实际性的行动。我国有财力、有决心花100亿建一个钢厂,也有决心和雄心起动耗资将达1 500亿的长江三峡水利工程。现在已到下决心投向集成电路产业的时刻了,不然将“一失足成千古恨”。

(2)成立国家微电子发展委员会

我在向北京市领导建议编写的《北京地区微电子产业“九五”计划》中提出建议筹备成立北京地区微电子发展委员会,采用官、产、学、研四位一体的组织结构,统一协调,促进北京地区微电子产业的发展。同样,面对当前国际和国内海峡两岸形势,建议国家马上成立“国家微电子发展委员会”,提出计划、实行计划,对国家和人民认真负责到底。而不能像过去的“大办”和“振兴办”那样短命,半途夭折。

(3)设立集成电路投资发展企业

就像电子工业部提出规划要点所述:为保证集成电路“九五”目标和“十五”设想的实现,并统筹安排好集成电路专项建设基金,建议国家设立集成电路投资发展企业,由它根据国家集成电路发展总体计划具体组织项目的建设和资金的投入,简化审批手续,缩短决策周期。企业设立监事会(由政府各有关部门负责同志组成),监督各项目计划的实施和资金的运用。

(4)建立国家级微电子技术中心

为加强自主发展微电子技术的能力,改变一代又一代不断引进的局面,必需建立一个国家级微电子科研开发技术中心。中心的建设以北方基地各高校和研究单位为基础,从各单位遴选合适人才,同时吸引在国外的学子回国来参与工作。重点开发0.3μm~0.4μm产品所要的工艺、设计和测试技术,解决新一代技术的工业化大生产技术。

要像韩国SAMSUNG企业发展64M位DRAM那样,净化厂房建设、大生产工艺技术开发和特大规模电路设计三项同时并进,吸引国内外一百多位博士、博士后集中进行设计,到1993年就开始批量生产。而且SAMSUNG企业已取代日本东芝企业,成为世界上最大DRAM产品供应商。

(5)采取灵活的经营方式

我国5个主干企业中投资规模最小、位于绍兴的华越微电子企业,产量连续8年居国内第2位。这是在国家开放的条件下,主要依靠自己力量、发扬自力更生精神把企业搞上去的典范。华越精神:“艰苦奋斗、自立图强、以我为主、博采众长”值得全行业学习。我的建议是:由华越企业出人才(技术人才、管理人才和市场人才),以技术入股的方式来经营国内尚未开动起来的4英寸工艺线,如福州8430厂、广州半导体厂等。如果政策允许,还可以试验小部分给予个人股。还有一个设想:将国内许多单位在“六五”、“七五”引进的3英寸工艺线二手设备,以设备入股的方式集中起来,选择一个合适的净化厂房(改建或新建),由华越企业总牵头、总承包,运转起来大量生产国外停产或转移的低档IC产品。

结束语

20世纪剩下最后的五年,不足2 000天,21世纪即将来临。美国计划在2001年采用12英寸硅片开发出0.18μm技术的1G位DRAM。2000年世界IC产量预测将达到1 654亿块,世界IC销售额将达到1 984亿美金。中国的IC产业在未来的“九五”计划五年中如何发展?这是一个长期盘旋在电子部十三位老部长脑海中最焦心的问题。1990年10月,我国著名的经济研究专家马宾就曾提出:像老一代无产阶级革命家抓“两弹一星”那样,下决心把以集成电路为核心的电子信息产业抓上去。抓上几年、十几年,抓出成效,为中华民族在下个世纪的发展奠定坚固扎实的基础。

中国微电子产业面临的“九五”是转折的关键五年,转折转好了,以“产业化元年”为起点,中国的微电子在美国、日本、韩国之后,要开始起飞了! 

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