集成电路行业的新技术、新产业、新业态、新模式发展情况

1、集成电路行业新技术发展情况

①集成电路制造的新技术发展 

A、集成电路制造逻辑工艺技术 

集成电路制造需要在高度精密的设备下进行，经过光刻、刻蚀、离子注入等 工艺步骤反复几十次甚至上百次的循环，最终实现从光掩模上复杂的电路结构到晶圆上集成电路图形的转移，在指甲盖大小的空间中集成了数公里长的导线和数以亿计的晶体管器件，这些图形的最小宽度甚至不到头发丝直径的千分之一。 

集成电路行业在经历数十年的发展后，目前已经进入后摩尔时代，随着先进光刻技术、3D 封装技术等不断涌现，各种先进工艺不断改进和完善，集成电路已由本世纪初的 0.35 微米的 CMOS 工艺发展至纳米级FinFET工艺。 

全球最先进的量产集成电路制造工艺已经达到7纳米至5纳米，3纳米技术有望在2022年前后进入市场。同时，作为集成电路的衬底，晶圆的直径已经由最初的 6 英寸、8 英寸增长到现在的12英寸。 

B、集成电路制造特色工艺技术

近年来，随着新兴应用的推陈出新，对除逻辑电路以外的其他集成电路和半导体器件类型都提出了更高的要求，举例如下： 

高清电视、AMOLED 手机等设备上所搭载的愈发强大的显示面板技术，推动静态随机存储器的存储上限从早期的10Mb、64Mb不断演变至目前最先进的128Mb，驱动着工艺节点的不断升级，将静态随机存储器的工艺节点从早期的80纳米、55纳米、40纳米，升级至目前先进的28纳米。 

高速非易失性存储在市场的驱动下快速演进，其从最早的8Mb快速成长至如今的48纳米工艺节点256Mb。嵌入式非挥发性存储芯片因广泛应用于汽车电子、消费电子、工业及无线通讯领域中，从 0.18微米迅速发展到40 纳米的工艺 节点，向着面积更小、速度更快的方向前进。 

②设计服务与IP支持 

集成电路技术的不断发展推动了设计服务领域的技术革新。随着 FinFET DTCO 技术的推出，设计服务可以与工艺开发深度协同，从设计的角度对工艺设 计规则、后端布线规则、器件种类等进行优化，基于优化成果提供更好的设计服 务，令其产品更具竞争力。 

此外，由于传统静态随机存储器在功耗、速度和面积等方面存在技术瓶颈， 设计服务厂商开始提供新一代存储 IP 解决方案（如 MRAM 等），以解决高性能计算对片内大容量高速度存储器的需求及物联网应用对非挥发存储器的需求。 

FinFET 工艺持续发展所产生的晶体管线宽限制与日趋复杂的设计规则，也对模拟、混合信号电路的设计带来较大程度限制。在符合设计规则的前提下，市场推出了基于模板的设计服务技术与模块，使得客户设计如同搭积木式一般，而不用受制于复杂的设计规则，节约了电路设计和后端版图时间。 

③光掩模制造 

光掩模作为集成电路制造中光刻环节必不可少的核心工具，其制造技术的发 展随着光刻技术的发展而演变。光掩模的类型从早期的二元掩模发展成相位移掩模，其图形传递介质从金属铬进化成钼硅材料。近年来，随着极紫外光刻（EUV） 技术的引入，光掩模从传统的透射型基材转变为反射型基材，结构的复杂程度和 制造的难度成倍增加。 

随着光掩模上所绘电路图形尺寸不断缩小，晶体管等器件的密集度不断提高， 传统的电子束描画设备完成单张光掩模描画的时间不断增加，单张 EUV 掩模的描画时间甚至可达数日之久，对光掩模的研发和制造提出了极高的挑战。多重电子束描画技术的出现和日益成熟为解决上述难题提供了新途径，该技术运用数十万根电子束同时描画互不干扰，既能保证图形精度，又能将 EUV 掩模描画时间控制在可接受的范围之内，在很大程度上提高了先进技术节点的研发效率和商业量产能力。 

④凸块加工及测试 

集成电路封装作为集成电路产业链中不可或缺的环节，一直伴随着集成电路工艺技术的不断发展而变化。 

传统封装的作用包含对芯片的支撑与机械保护、电信号的互连与引出、电源的分配和热管理等。传统封装形式主要是利用引线框架或基板作为载体，采用引线键合互连的形式使电路与外部器件实现连接。 

随着集成电路制造工艺技术的不断发展，对端口密度、信号延迟及封装体积 等提出了越来越高的要求，促进了先进封装如凸块、倒装、硅穿孔、2.5D、3D 等新封装工艺及封装形式的出现和发展。 

相对于引线键合工艺，凸块工艺是通过高精密曝光、离子处理、电镀等设备 和材料，基于定制的光掩模，在晶圆上实现重布线，允许芯片有更高的端口密度， 缩短了信号传输路径，减少了信号延迟，具备了更优良的热传导性及可靠性。

凸块工艺配合倒装技术带来封装体积的缩小，实现了芯片级封装。凸块工艺、 三维芯片系统集成等先进封装工艺实现了各种晶圆级封装和系统级封装，成为拓 展摩尔定律的另外一种实现方式。

2、集成电路行业新产业发展情况 

集成电路是信息产业的基础，涉及计算机、家用电器、数码电子、电气、通信、交通、医疗、航空航天等几乎所有电子设备领域。近年来，集成电路应用领域随着科技进步不断延展，5G、物联网、人工智能、智能驾驶、云计算和大数据、机器人和无人机等新兴领域蓬勃发展，为集成电路产业带来新的机遇。 

①5G 

根据中国信通院《5G 经济社会影响白皮书》预测，5G 商用预计在 2020 年带动中国市场约 4,840 亿元的直接产出，并于 2030 年增长至 6.3 万亿元，年均复合增长率为 29%。5G 的正式商用化将为新型芯片的上市带来更多机遇和挑战。 

②物联网 

强化的数据传输、边缘计算和云分析功能的综合要求将带动物联网的加速发展，并推动信息链接、收集、计算和处理等 4 个方面功能芯片的不断优化和升级。 

③人工智能 

目前全球人工智能正在经历新的发展浪潮，基于云计算和大数据的人工智能采用深度学习算法，能拥有更强的计算能力进行数据分析。人工智能对数据运算、存储和传输的需求越来越高，推动芯片设计和制造水平的不断升级。 

④智能驾驶 

汽车电子系统中，智能驾驶辅助系统和车联网系统很大程度上决定了汽车智 能化的程度，其对车用芯片的技术水平提出了更高的要求。 

⑤云计算和大数据 

云计算和大数据为人工智能和机器学习发展奠定了基础，云计算和大数据的 持续发展对于高性能计算芯片和大容量存储芯片提出了新的要求。 

⑥机器人和无人机

未来，全球机器人和无人机芯片市场将快速增长，相关应用将会深入到生产、 生活等各个领域，为半导体市场带来多样化的需求。 

3、集成电路行业新业态与新模式发展情况 

集成电路行业在经过多年发展后已形成了相对固定的寡头竞争格局与相对稳定的业态和模式。

伴随技术进步、行业竞争和市场需求的不断变化，集成电路产业在经历了多次结构调整后，已逐渐由集成电路设计、制造以及封装测试只能在公司内部一体化完成的垂直整合制造模式演变为垂直分工的多个专业细分产业，发展历程如下：

集成电路制造企业的经营模式主要包括两种：一种是 IDM 模式，即垂直整合制造模式，其涵盖了产业链的集成电路设计、制造、封装测试等所有环节；另一种是 Foundry 模式，即晶圆代工模式，仅专注于集成电路制造环节。 

垂直整合制造模式下的集成电路企业拥有集成电路设计部门、晶圆厂、封装测试厂，属于典型的重资产模式，对研发能力、资金实力和技术水平都有很高的要求，因而采用垂直整合制造模式的企业大多为全球芯片行业的传统巨头，包括 英特尔、三星电子等。

晶圆代工模式源于集成电路产业链的专业化分工，形成无晶圆厂设计公司、 晶圆代工企业、封装测试企业。其中，无晶圆厂设计公司为市场需求服务，从事集成电路设计和销售业务。晶圆代工企业以及封装测试企业为这类设计公司服务。 目前，世界领先的晶圆代工企业有台积电、格罗方德、联华电子和中芯国际等。

自上世纪八十年代晶圆代工模式诞生以来，晶圆代工市场经过 30 多年发展， 已成为全球半导体产业中不可或缺的核心环节。根据 IC Insights 统计，2018 年， 全球晶圆代工行业市场规模为 576 亿美元，较 2017 年的 548 亿美元增长 5.11%， 2013 年至 2018 年的年均复合增长率为 9.73%。通过与无晶圆厂设计公司等客户 形成共生关系，晶圆代工企业能在第一时间受益于新兴应用的增长红利。

中国大陆晶圆代工行业起步较晚，但发展速度较快。根据中国半导体行业协 会统计，2018 年中国集成电路产业制造业实现销售额 1,818 亿元人民币，同比增 长 25.55%，相较于 2013 年的 601 亿元人民币，复合增长率达 24.78%，实现高 速稳定增长。

（节选自《中芯国际集成电路制造有限公司首次公开发行人民币普通股（A 股）股票 并在科创板上市招股说明书》）