韩国集成电路技术发展史

韩国集成电路技术发展史

一、引言

当前,电子工业已经日渐成为各国国民经济增长的支柱产业和新兴主导产业。电子工业的发达程度往往决定了一国工业的发达程度。其中集成电路1产业是电子工业的灵魂与核心之所在。集成电路产业主要包括研发设计、制造、封装与测试三个环节,集成电路的芯片2制造业也可称为晶圆代工。如果说集成电路的芯片研发设计是核心,那么芯片制造则是基础,大量的应用技术也源于芯片制造业。芯片制造业还是资金、技术密集型产业,如果能在芯片制造业上实现技术创新,就能够积累和提高芯片集成电路加工工艺技术,进而为整个集成电路产业上下游的自主发展提供实践基础。

创新是一个国家的灵魂,而对于集成电路产业更是如此,技术创新往往决定着其产业的生死存亡。可以说,没有技术创新,就没有集成电路产业的发展,而发展缓慢甚至停滞不前的国家会很快被其他国家超越。发达国家和发展中国家由于历史、环境、制度等方面的差异,其技术创新模式很不一样。发达国家的技术创新模式基本上遵循的是循序渐进的A研发、B设计、C生产制造、D市场营销、E技术扩散五大过程,也即:

(1)A—B—C—D—E:这属于发达国家普遍的创新模式,立足于自主研发,进而实现产业的技术创新,这需要以雄厚的科技实力为基础。以美国为代表的西方国家是这一模式的主要实施者。

但发展中国家由于技术起点低,很难按照这一过程进行创新。发展中国家的技术创新及追赶模式为:

(2)E—D—C—B—A:这属于反向创新,该模式是指外国企业在向发展中国家进行生产转移、优化产品、稳固市场之后,将其产品转入发展中国家生产制造,进一步研发适合当地市场的新产品,最终进行全新的技术开发。这种模式给发展中国家带来的成果缓慢

(3)A '—B '—C '—D '—E ':('表示各环节上的创新)这一模式是建立在

1

集成电路:是一种微型电子元器件。为采用一定工艺,将一个电路中的各种元器件及布线连接在一起,制作在一小块或几小块版打通芯片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,形成具有一定电路功能的微型结构整体。 2

芯片:是集成电路的一种简称,但狭义上是指集成电路封装内部微小的半导体芯片,也就是管芯。严格讲芯片和集成电路不能互换,但在描述宏观产业时,芯片产业与集成电路产业的意思基本相同。

一定技术基础上的创新。这种创新模式主要由技术基础较好的国家实施,虽然难以实现技术超越,但却能对发达国家各阶段技术进行模仿并实现一定程度上的创新。

(4)(A '—B '—C '—D ')—E ':其中A '环节可跨越下一(或几个)环节,并且甚至A '环节也可被跨越,这种模式虽然遵循总的创新发展趋势,但在其中若干个环节表现为独辟蹊径,表现为大胆的跳跃式发展,这就是技术追赶理论。这是目前中国所采取的创新模式。

韩国集成电路产业的发展历程显示出其技术追赶模式符合上述的(2)和(3)两种模式。韩国集成电路产业在六、七十年代的萌芽和形成符合第(2)种发展模式,此时韩国从海外跨国公司中吸收技术并大量销售电子产品,而当其技术成熟后便开始自己生产DRAM等高端电子产品。而它在八十年代之后的发展模式则是第(3)种模式的典型代表,韩国当时已经具备了一定的技术基础和研发经验,于是开始走上自主研发和创新的道路。

集成电路产业是信息产业生态链中关联度最大的产业,是投入大、利润高的产业,也是战略性和市场性同时兼备的产业,世界各发达国家政府都从国家战略的高度大力支持。韩国从一开始便选择了通用性强的动态随机存储器(DRAM)作为其半导体产业的发展重点,使其沿

“1K-4K-16K-64K-256K-1M-4M-16M-64M-256M-1G-4G”的轨迹发展。经历了20年的后步封装、OEM及全工序生产实践以后,韩国于1986年开始进入了存储器的自主开发阶段,于1992年末与美日等先进国家同期开拓64M DRAM,并拥有了世界上第一块64M DRAM芯片,完成了追赶,到1994年领先美日开拓了256M DRAM,标志其实现跨越。1996年,它又开发了1G DRAM, 2001年4月率先开发出了4G DRAM,成为内存方面世界上技术最强的技术国家。

二、韩国集成电路制造业的创新过程

1、起步阶段(1965—1973)

韩国半导体产业发端于1965年,是从作为美日半导体厂商投资为主的组装基地开始的。时值韩国由进口替代转为出口导向战略,开始注重转向高潜力行业,为此积极鼓励外国高科技企业在韩国投资设厂。

首先进入韩国的是一家叫Komi的小型美国企业,1965年Komi公司向韩国投资建设晶体管/二极管极管生产设施,这为韩国半导体工业的发展打下了基础。该公司的投资不大,象征意义大于现实意义,但还是起到了很好的带动作用。

韩国半导体产业的真正开始则始于美国仙童公司,仙童公司是当时全球第三大半导体公司,技术上属最领先行列。1966年,仙童公司向韩国政府提出了一个框架性的半导体制造及装配计划。但该公司所提条件十分苛刻——要求对其所投资的工厂拥有完全所有权,并且其生产的产品可进入韩国国内市场。韩国政府经过考虑,最终同意其要求。这引发了美国其它公司竞相进入韩国热潮,到1974年,韩国已经有9家拥有完全所有权的美国公司。

这些美国公司包括Motorola,Fairchild,COMMY,KMI,Signetics(Phillips)等,这些半导体跨国企业开始向韩国直接投资,形成了建立记忆芯片组装厂,利用韩国廉价劳动力,采取组装半成品散件,然后全部再出口的典型来料加工模式。基于当时美国国内工资居高不下,造成产业成本上升、竞争力下降的现实,美国半导体企业转而将制造环节移往韩国等国家;同时韩国也放松了对外国投资企业的所有权控制,美国也以免除海外装配产品关税的形式,来回报韩国在越南战争中对美国的支持,并鼓励对韩国进行投资,这也带有美国扶持韩国发展的意图。此后,韩国国内企业(亚南、LG半导体、现代)也各自通过与美国的技术合作,参与到半导体组装生产,由此构建了几乎将所有产品用于出口的外向型组装生产体系(98%的组装生产产品供出口)。

1965年韩日实现邦交正常化,日本电子跨国企业开始在韩国投资建立封装和测试工厂。1969年,韩国电子与日本东芝合资,开始在国内生产三极管和二极管,其它半导体企业也开始生产三极管等的部分元器件。东芝作为第一个对韩国的投资者,达成了与韩国合资建立硅晶体工厂的计划,在朴正熙总统的亲自干预下,投资所在地龟尾很快于1970年建成了韩国第一个电子工业园区。龟尾工

业园区也成为了韩国工业起飞的基地。

2、发展扩大阶段(1974—1980)

20世纪70年代韩国工业化进程快速推进,出口贸易中电子工业的比重不断扩大。半导体组装领域,在美日企业的带动下,韩国国内企业及取得了一定成就。但与此同时,韩国电子企业严重缺乏自主技术,过分依赖国外供应商提供芯片等基础性电子组件,这使得政府制定了施政纲领,强调发展半导体制造业、获取半导体技术能力的重要性。

韩国政府为此倾注了大量努力,1973年,国家科学技术委员会成立,朴正熙总统亲自担任主席,为高科技领域的发展框架制定详细的发展计划。1975年,政府又公布了扶持半导体产业的六年计划,强调实现电子配件及半导体生产的本土化。该计划明确指出通过建设一批研究机构,培训电子工程师及获取海外公司特许,引进顾问工程师来实现国家计划,而非通过跨国公司的投资。韩国半导体技术吸收能力形成于此,同时也未让外国投资企业控制韩国半导体产业。

1974年,韩裔美籍博士姜基东创立了第一家韩国本土半导体企业——韩国半导体公司,该公司专门生产芯片,这标志着韩国半导体工业的发展萌芽阶段的来,也标志着真正意义上由韩国控制的半导体企业的诞生,韩国企业在尝试着朝本土芯片制造上迈出了第一步。

20世纪80年代初,韩国出现了从事半导体晶圆制造的四家公司——三星、现代电子、乐喜金星和大宇。但其技术水平和生产规模还只是保持在大规模集成电路的生产能力上,其成就也是由韩国政府对产业刺激、市场对产品需求旺盛所推动的。其实,韩国在此时已具备了先进的超大规模集成技术能力,但却并不是四大公司开拓的,而是设在龟尾的公共部门电信研究中心下属产业研究院在1976年率先获得的。该产业研究院设有半导体设计、加工和集成三个中心,各中心都由具备在美半导体工业有过研究经历的韩籍人员负责。产业研究院通过与美国硅谷一家超大规模集成技术公司建立合资企业,1978年设立了韩国首家超大规模集成电路试验生产工厂。1979年,该工厂已完全具备了自主生产能力,生产出了16K DRAM。

20世纪70年代,韩国已经陆续从美国和日本获得了半导体工业所需技术,韩国已经具备了进入超大规模集成电路工业的技术水平。

3、体系形成阶段(1981—1988)

1979年朴正熙总统被暗杀,全斗焕夺取政权,又进入了军事政权统治。全斗焕政府渴望韩国主要电子企业加大对超大规模半导体的研发与生产,以期对抗美日。强大的政府干预能力、高学历人才充足等优势,使得韩国半导体产业自从1982年具备了完整的生产体系,在政府和民间的共同努力下,半导体产业取得了飞速发展。到1980年底,部分无晶圆企业依托美国企业的OEM代工工厂,日本的日立公司也通过与LG半导体进行技术合作,以OEM方式生产1M和4MDRAM。

同时,韩国政府的多个部门于1981年正式通过《半导体工业综合发展计划》,这也成为了第一个五年计划(1981~1986)的一部分,该计划支持4M.256M DRAM的开发,并通过人才的培养,促进半导体产业的基础建设。该计划具体明确了需要大力发展的四个领域:超大规模集成电路、计算机、通信设备和电子部件。在半导体领域,其计划侧重于晶圆制造,而非处于末端且技术含量较低的封装测试,并确立了将大规模生产内存芯片用于出口而非满足国内需求作为最可行的战略。

在此基础上三星、现代和LG在得到政府的鼓励下,从1982年开始宣布大举参与超大规模集成技术水平的大规模芯片生产,尤其在DRAM领域。1983年开始成为美国IBM、TI、Intel等的OEM代工工厂,从而逐步拥有DRAM基础生产设备,正式走上了DRAM制造业的发展道路。由此,到1988年,韩国半导体生产总额的70%由OEM出口构成。

4、追赶与局部超越阶段(1988年以后)

1987年6月在民主化浪潮中全斗焕总统下台,年底卢泰愚当选总统,尽管同为军人出身,政府也依然带有军人政权性质,但政府与当时已确立起来的几家大财阀仍然坚持实施高科技发展战略。

20世纪80年代是韩国本土自主半导体产业诞生并达到超大规模集成技术标准的关键时期,但由于缺乏自主核心,并未在世界市场上引发很大的反响。真正使得韩国制造商进入美国市场、并奠定行业地位的4M DRAM。韩国于1986年开始进入存储器的自主开发阶段,至1988年之前是在国外原型基础上进行开发,并由三星在1991年大规模投放市场,现代和LG紧随其后。

1992年末又与美日等先进国家同期开发出64M DRAM,并拥有了世界上第一块64M DRAM芯片,完成了在DRAM领域上的追赶,到1995年领先美日开发出了256M DRAM,从而实现了技术的飞速跨越。

不过,作为韩国尖端技术先导产业的半导体产业,除芯片加工制造及组装技术外,韩国这一产业的整体水平仍处于初级阶段。例如ASIC3技术在发达国家已处于成熟阶段,而韩国仍处于初级阶段。不过韩国在半导体产业仍占据很大优势,因为集成电路的加工制造及组装属于劳动密集型领域,韩国比起发达国家在劳动力成本等方面更有优势,具备了一定的国际竞争力。

从整体发展局势上看,1986年至1989年韩国经历了半导体产业高速发展的黄金时期。1989年之后受世界半导体行业不景气的影响,韩国半导体产业大受挫折。但从1993年起,韩国电子产业转入生产与个人电脑相关的产品,同时受日元升值及产业复苏的影响,到1995年韩国整个电子产业的发展达到巅峰,半导体总产值达到16215亿美元,占全球半导体产品产值的10.17%,产业的出口值创下历史新高。.

之后,1998年亚洲金融风暴爆发,各国都积极重整企业以振兴经济。三星集团也采取了“集中”策略,电子部门便是该策略中的重要一环。这种集中资源、积极推进的策略效果非常明显:三星在1999年之后一跃成为韩国第一大集团,其存储器产品、薄膜晶体液晶显示器(TFT-LCD)及无线通讯产品销售额大幅增长,韩国的DRAM市场占有率开始超过日本,并成为存储器市场的领导者。

截止目前,半导体产业已成为韩国的支柱产业之一,韩国也已成为继美国、 日本之后的世界半导体第三大强国。

三、韩国集成电路制造业的创新模式

3

Application Specific Integmted Circuit,专用集成电路。其特点足面向特定用户,它与通用集成电路相比,具自.体积更小、功耗更低、可靠性更好、性能更高、成本史低等优点。

1、整体创新模式

集成电路产业是信息产业生态链中投入大、利润高的产业,也是战略性和市场性同时兼备的产业。韩国集成电路产业从一开始便选择了通用性强的动态随机存储器(DRAM)作为产业发展重点,其发展轨迹是按照行业“lK-4K-16K-64K-256K-lM-4M-16M-64M-256M-1G”的发展顺序实现步步赶超的。

韩国半导体产业是通过加强自主创新实现由技术追赶的典型例子。韩国发展尖端产业的战略一直采取“模仿学习型”的技术发展模式,但并不是单纯的技术模仿,而是将重点放在模仿后的学习,通过模仿积累经验,进而实现自主创新。在八十年代后,韩国芯片制造业的创新模式符合技术追赶理论中的第二种A '-B'-C'-D'-E',比较严格地遵循了技术创新过程中的每一个路径,需要大量的资金与技术投入,单靠企业的投入是无法实现的,政府自始至终都在基础环节中扮演了极其重要的角色。

韩国半导体产业从代工生产(1965年)起步,以引进和购买相关技术为主实现技术积累后,20世纪80年代中期和90年代初期转向自主开发,政府开始制定了“超大规模集成电路共同开发计划”,以政府所属的国家电子研究所为主,三星、现代、LG等大企业参加组成半导体研究开发组合,集中人才、资金,进行从1M到64M的DRAM核心基础技术开发,各大企业则在该技术基础上继续大规模投资,开发生产技术和工艺技术。政府承担了大部分新技术开发风险,并在技术力量上成为开发的核心。作为补偿,企业在使用这些基础技术时,需按其销售额交纳技术适用费,其中一半归政府,一般归韩国电子研究所,而参与基础技术开发的企业则可少缴或不交技术使用费,其它企业则无此优待。借此,终于在1992年末与美日同期开发64M DRAM。在从1M到64M的DRAM核心基础技术开发过程中.韩国政府承担了大部分研发投资。1M到16M的DRAM开发共投资879亿韩元,政府投入500亿韩元:16M和64MD-Z-RAM研发投资900亿韩元。政府投入750亿韩元。1994年自主开发出256M存储器后,韩国半导体进入以自主技术创新为主的技术跨越,成为世界半导体存储技术的领先者。为持续保持并强化竞争优势,韩国政府通过了《新一代半导体基础技术开发项目》,并于1996年成功开发1G DRAM。2001年4月又最早开发出4G DRAM,成为在内存方面世界上技术最强的国家。数据显示:从1989--2003年.韩国在美国申请存储器领域专利年

平均增长105.8%,而韩国在美国的全体专利申请年平均增长率是52.5%,两者相差竞有53个百分点。正是这种持之以恒的自主创新努力,韩国才实现了由技术追赶到跨越。

2、代表企业

三星集团是韩国最大的企业,而三星电子又是三星集团的核心部分,同时也是韩国最大的电子企业。1974年,创始人李秉哲买下了归侨姜基东博士创立的韩国第一家半导体企业,这可以说是韩国民营企业参与半导体的奠基之举。最初三星只是小规模地生产晶体管和集成电路,并于1982年建立了半导体研发实验室,致力于MOS的研制。

但真正开始大规模集成电路生产则是从1983年开始的,这一年四大财阀都开始关注这一行业,因为这一年股市行情颇佳,它们获取了大量资金。同时,美国经济的不景气,让韩国企业可以更加容易地选择与美国小型半导体公司合作,这些小公司大多很不景气,十分愿意出售其集成电路技术,而这些技术正是韩国 人所需要的。

1983年2月,李秉哲发表了一项十分著名的声明,他表示要将三星打造成全球内存芯片的大企业。他将当时仍很弱小的三星的前途押在了半导体上。70年代,三星最初也试图采取技术引进,为此向美国德州仪器、摩托罗拉、日本电器、东芝、日立公司先后寻求购买64K DRAM的技术许可证,但都遭拒绝。三星不得不于1982年自己建立研发小组,以其8年的晶体管和集成电路生产经验为基础,谋求向超大规模集成电路迈进。这较之以前的操作需要技术上的重大飞跃,即从5 pm到2.5 u m,从3英寸到5英寸芯片,以及从1K/16K大规模集成电路向64K超大规模集成电路,这是典型的在初始发展阶段上的跨越追赶方式,在产品的发展初期收效往往最为明显。在研发过程中,三星时刻关注美国企业的并购情况,紧接着成功从美国Micron Technology公司购得64K DRAM芯片设计技术许可,从而大大缩短了学习和生产的时间。

三星在这一时期的技术吸收过程是由易到难,是典型的“步步为营\,从组装工艺到工艺开发,然后到芯片制造和检测。首先,三星从Micron Technology公司进口64K DRAM芯片,在韩国国内组装。因为已具备8年制造大规模集成电路的经验,三星在消化组装技术方面较为容易,并且基本达到了当时日本的水平。

在此基础上,三星进一步开始消化吸收设计和工艺水平。

三星开始建立了两个研发小组,让其合作进行64K DRAM的消化吸收及产品化。三星还从美国大学聘请了5名韩裔美国科学家,这些科学家都有从事半导体设计的经验。除此之外,还有其它500名美国工程师,这给三星在揭开超大规模集成电路技术提供了十分关键的帮助。三星还在韩国本土组织了一个特别工作小组,由2名已有64K DRAM技术开发经验的韩裔美国科学家等主持。三星给工作小组提出了在6个月内开发出可行64K DRAM生产系统的目标。最终,小组团队成功开发出8项核心技术之外的生产64K DRAM所需的309项工艺,并在1984年上半年把64K DRAM推向了市场。这仅比美国的首创产品晚了约40个月,比日本的第一代商业化产品也只晚了18个月。韩国成为了世界上第三个引入DRAM芯片的国家,这大大缩短了与美日的差距。这时虽未赶上,但已明显处于追赶中的加速过程,表现为已能够跟随主流产品及缩小产品水平差距。

1984年,大批量生产64K DRAM成功后,三星公司又成立了第二支研发团 队,一支在国内工作,一直赴硅谷进行256K DRAM的开发。为缩短与美日在 256K DRAM的商品化方面的差距,三星国内团队再一次决定从Micron Technology公司引进电路设计技术。对于更为艰难的256K DRAM的开发,团队遇到不少困难,尤其是几项关键技术,如2um电路工艺开发,1.1 um金属行距等,公司为此采取了危机管理模式,终于又在1984年10月成功开发出了可行的芯片模具。这一回,三星在256KDRAM的研发追赶时间从64K DRAM的4年缩短到了2年。三星的256K DRAM于1986年实现大批量生产。经过自主开发,三星在追赶美日的进程上又成功地缩短了2年。

随着256K DRAM的大批量生产系统成功的开发,三星研发团队从1985年9月开始,将重点集中到了1M DRAM的开发上。这一次值得注意的是,三星已可以从美国企业购买1M DRAM的设计技术,但三星还是决定自己开发,这一次三星又将任务分配给了国内和硅谷的两支研发团队。三星决定自己研发有其外部原因,256K DRAM能够从美日获得许多前期经验,但1M DRAM却很难获得有关技术规范方面的知识、样品等,因为美日公司已经抢先制定了防止模仿性分解研究的规定。但三星还是运用了其危机管理模式,克服了诸多困难,1986年6月制造出了可行的模具,把与日本领先公司的差距从研制256KDRAM的2年缩短到了1M DRAM

的1年时间,在硅谷的工作小组也在3个月后成功研发除了1MDRAM,这表明研发能力已转到了韩国国内。当在面对下一步4M DRAM的开发时,三星遇到了不少困难。1986年德州仪器向三星及八家日本芯片制造商提起了诉讼,指控其侵犯DRAM设计专利权,最终三星以对其过去和未来存储产品销售额赔付专利使用费告终。这表明,如果继续开发4MDRAM芯片,三星有可能会面临更大的竞争压力与挑战。为此,韩国政府参与了进来。1986年10月,韩国政府参与到半导体工业发展规划上来,指定4MDRAM研发为国家级项目,政府的研究与开发研究所、电子和通讯研究所与三星、现代、LG组成联营企业,目标是在1989年开发并大量生产4MDRAM,完全消除与日本的技术差距。在联营的3年期间(1986-1989),共投入1.1亿美元用于研发,其中政府就占到57%,可见政府在其中所起到的关键作用之大。但政府的2家研究所内部发生分歧,导致2家研究所各自开发,三家企业也分别转入不同的领域研发。1988年,三星最早宣布完成了4MDRAM的设计,仅比日本晚6个月。最终,早生产能力与研发上,韩国财团主宰了4M和16M DRAM的世界市场。

政府又指定了16M DRAM和256M DRAM的开发为国家级项目。政府也相应地组织了一个类似的联营企业。但三家财团已经建立起了足够的技术研发力量,已能够分别独自进行研发,更重要的是,彼此不愿分享经验与成果,所以联营企业只是在分配政府拨款上起到协调作用。三星1992年先于竞争对手现代和LG开发出64M DRAM。更为重要的是,三星等财阀开始进一步投资用于改进64M DRAM的研发,这使得三星的同类产品技术开始优于美日产品。到1994年下半年,三星就已成为世界上最大的64M DRAM商业样机的供货商,向美国超大用户如惠普、IBM等提供产品。三星的成功追赶以在1992年的64M DRAM为标志,实现了在技术、市场方面的巨大成功。此后,256M DRAM及更高的DRAM研发上,三星一直处于超越阶段。

四、技术发展史年表

韩国集成电路的技术发展史,实际上完全是DRAM技术的创新史。DRAM存储器是韩国集成电路产业进入自主研发阶段最先选中的突破口,而且其研发历程一直延续至今。可以说,韩国正是通过DRAM强势进入集成电路产业的,并且通过DRAM技术的不断突破引领世界存储器集成电路产业的发展。在DRAM领域,自从

1971年英特尔发明出其基本的生产技术和工艺后,DRAM就一直被一套设计参数和操作原理所锁定,即构成了所谓的“技术轨道”。DRAM是一个技术要求相对较低、适合大批量生产的产品,而其用途80%以上是用于计算机等情报处理机器,这一领域在70年代前一直被美国公司垄断。占据半导体市场20%以上的存储器半导体产业的竞争无非是投入大量的研发经费,以快速扩大存储容量;购买高价的生产设备以进行标准化的批量生产及提高加工效率。因此存储器半导体产业被能够投资大量研发经费及生产设备的资金雄厚的少数大财阀掌控。日本企业嗅觉灵敏,最早“读出”了这个技术轨道,在20世纪70年代和80年代,以DRAM为突破口进入美国半导体市场。而韩国也正是通过相同的方式在80年代后期和90年代强势进入美国半导体市场,而且通过猛烈的投资攻势迅速占领了以DRAM为代表的大部分存储器市场。(东北亚经济合作:韩中日半导体产业实例)而韩国的半导体产业也在DRAM存储器的带动下飞速发展。韩国半导体产业迅猛发展的起点是以1983年三星开发出64K DRAM为标志的。随后在1986年10月,韩国政府推行《超大规模集成电路技术共同开发计划》,重点支持领域是1- 64M DRAM核心基础技术,目标是到1989年开发出和规模生产4M DRAM,完全消除与日本公司的技术差距。为达此目标,韩国政府推动了韩国三大半导体制造商——三星、乐喜金星和现代结盟进行技术开发,并由一个政府研究所——电子与电信研究所(EM)作为这三大厂商和6所大学的协调者。3年中(1986-1989) 该R&D项目共投入了1.1亿美元,而政府承担了其中的57%研发经费(这些经费是政府投资在科研项目上的,而非企业本身),远超过其他国家的资金投入和政府在具体研发项目中介入的力度。政府这只推手给韩国DRAM带来的变化是,当1983年韩国以64K产品进入DRAM领域时,技术上要落后美日4年时间。到1988年,三星在韩国三大企业中第一个宣布完成4M DRAM设计时,落后日本的时间已经缩短到6个月。而到1992年的64M产品时,韩国则与日本DRAM厂商技术上实现了同步。1994年韩国开发出256M DRAM,从此在DRAM领域处于全球领先水平,并持续扩大自己在该领域技术开发速度上的优势。

DRAM存储器芯片“技术轨道”的目的是提高单位芯片的集成度4,而其过程主要包括两个方向:增大晶圆尺寸和缩小特征尺寸5。因此要实现DRAM技术上的

45

集成度:可以用单个晶圆上的二极管的数目来表征。 特征尺寸:晶圆上的最小轨道宽度,与光刻技术相关。

突破,只要朝着这两个方向发展即可。由这个“技术轨道”可以看出,DRAM存储器芯片的技术创新仅仅依靠生产设备的更新和生产工艺的改进便能完成,因此只要企业或政府能够在这个产品上投入大量的科研经费,其技术突破的进程是十分迅速的。事实证明,韩国正是通过资金投入将DRAM存储器芯片发展成其王牌产品,并在世界集成电路领域占有重要地位。

1、 集成电路的技术积累时代

1959年,金星社研制并生产出韩国第一台真空管收音机,开辟了韩国电子产业的新纪元。金星社作为韩国消费性电子产品的“先锋公司”成立以来,创造出许多“韩国第一”。它还于1965年、1966年先后研制并生产出韩国第一台冰箱和电视机,促进了韩国电子产业的发展。(韩国LG公司的发展历程)然而,这些产品的元件都是从海外进口的,金星社只是作为组装公司将各类元件拼装成电子产品而已,并非真正意义上生产出这些产品。(南朝鲜半导体工业的简要历史和

展望)

1965年,美国高美公司(Komy)首先在韩国投资晶体管/二极管生产设施并开始制造和封装分立式晶体管,为韩国的半导体工业奠定了基础。(南朝鲜半导体

工业的简要历史和展望 )随后,美国的Signetics、仙童和摩托罗拉等公司也在韩

国进行了大量的活动。这些公司在韩国建厂的主要原因是:它们感受到来自日本在半导体行业的第一轮竞争压力,因此开始在国外投资低成本的装配生产线,最初是在香港,接着是在中国台湾和韩国。

1971年,韩国科学技术研究院(KIST)发展了半导体制造技术。韩国科学技术研究院从事引导韩国的产业发展的大型和长期研究开发项目,在企业还没有兴趣自主开发技术的时候就开始培养技术研究人才,使其后来在企业注重自主技术开发时发挥了重要作用。KIST也帮助企业了解要引进的国外技术,进行改良或提高,实现技术转移,为韩国产业发展做出了巨大贡献。(韩国发展战略思想及

产业技术政策研究)

1978年,韩国产业经济技术研究院建立超大规模集成电路试验工场,从超大规模集成技术公司引进技术。同年,三星集团将合资企业“韩国半导体”的外方资本全部买进,成立了“三星半导体(株)”;三星半导体是从三星电子中分离出来独立运营的。同年,三星收购了美国仙童公司在韩国的子公司。在进军半导体

产业这段时期,三星主要通过向不景气的美国小型半导体公司购买芯片设计与加工技术引进技术。三星的技术导入和吸收覆盖了从最简单的技术到不断增加的尖端技术,从装配过程、工艺开发到芯片制造和检验,范围十分广泛。如:它从美国爱达荷州的微米技术公司(Micro Technology)进口了3000个64K DRAM芯片,在韩国进行装配,并购买到64K DRAM芯片设计的技术许可,还以210万美元从加利福尼亚的Zytrex公司买到高速处理设备的技术许可。

1981年,韩国科学技术研究院(KIST)研制出4英寸晶圆制造亚微米互补金属氧化物半导体技术;韩国产业经济技术研究院(KIET)设计并生产了8位微处理机和2KB SRAM。同年,政府为推动集成电路产业的发展,制定了“半导体工业育成计划”,加强了对集成电路产业技术的开发。政府还颁布了半导体产业的基础性长期规划(1982-1986)。而韩国工商部下属的电器电子工业局的局长所领导的工作小组提出“1981年计划”,该计划具体明确了需要大力发展的四个领域:超大规模集成电路、计算机、通信设备和电子部件;在半导体领域,该计划偏向晶圆制造而不是测试和封装,并确立了将大规模生产内存芯片用以出口而不是满足国内需求作为最可行的战略。(技术撬动战略)由于得到政府的直接刺激和承诺,三星、现代和金星都宣布大举参与超大规模集成技术水平的大规模芯片生产,尤其是类似DRAM的金属氧化物半导体内存芯片生产。

2、 DRAM时代

在韩国,DRAM技术的发展与突破与三星集团密切相关。可以说,正是三星带领韩国坐上了DRAM技术高速发展的直通车。而且三星在DRAM领域一直引领着韩国乃至世界的发展趋势。

1982年,三星建立了半导体研究与开发实验室,主要集中于双极和金属氧化物半导体(MOS)的研制。[8] 1982年初,受第二次石油危机的影响,世界经济收到强烈震荡。李秉哲出访美国和日本后,了解到非常重要的一点:由于日本国内尖端技术发达,虽然不生产石油,却没有遭到危机重创。此时,李秉哲下了决心:三星也一定要开发自己的尖端技术,而这个核心就是半导体技术的开发。(三星

第一主义)在众多的产品中,三星选择了DRAM,因为DRAM是标准化产品,技术

要求相对较低,有可能大规模生产,事实证明这个选择相当正确。(韩国半导体产

业发展的经验与启示)

1983年,三星建立第一个芯片工厂并开发出64K DRAM(其设计技术从美国美光科技公司获得,加工工艺从日本夏普公司获得),为韩国的DRAM生产迈出了第一步,在国内引起了巨大的反响。同年,三星取得了夏普“互补金属氧化物半导体工艺”的许可协议[3]。

1984年,“三星”生产出6英寸晶圆并开发出了256K DRAM,挤进全球芯片领域一线阵容。(此时,美国的英特尔、日本的日立和NEC这些技术领先企业正在试生产6英寸的晶圆)

1985年,三星输出首批超大规模集成电路产品——64K DRAM;研发出256K DRAM;而且取得了英特尔“微处理器技术”的许可协议。

1986年,三星开始大规模生产256K DRAM;同时开发出1M DRAM。在这一年,三星经济研究院(SERI)成立,标志着三星开始走上自主研发的道路。同年,金星半导体公司在256K SRAM微晶片的制造技术上有了重大突破。

1987年,电子通信研究所联盟(ETRI)生产出4M DRAM原型。这中4M DRAM原型的技术扩散到半导体研究开发联盟中,三星等大企业也从中得到相当多的技术经验,这直接促使三星在1988年研制出4M DRAM。

1988年,三星在三大半导体商(三星、乐喜金星、现代)中首先研制出4M DRAM。 1990年,三星电子开发出世界第三个16M DRAM。

3、 集成电路产品的多元化发展时代

进入90年代,韩国DRAM技术的国产化步伐加快,水平也有很大的提高,16M RAM、64M DRAM相继在1990年、1992年开发成功,256M和1G DRAM接踵于1994年、1995年问世,韩国终于在MEMORY中的单一品种上超过日本,摘下世界第一的桂冠。但是,韩国集成电路产业的发展重点,多年来一直放在MEMORY领域,且又极端偏重于DRAM单一品种,造成ASIC等非MEMORY领域的发展十分迟缓。现在非MEMORY领域的设计、生产技术只及先进国家水平的20%,产值只占韩国集成电路生产总值的10%。诚然,这一现象与企业为尽早进入先进行列,将力量集中放在DRAM这一突破口上不无关系;另一方面,当时韩国能够带动非MEMORY发展的电子产业尚欠发达也是原因之一。(韩国集成电路产业的发展及其趋势)韩国政府在“电子-21”计划中,将逻辑电路等非存储器集成电路和大直径硅晶片列为攻关项目。通商产业部与企业各投资20亿韩元,成立集成电路设地中心,与韩国科学技术院、

汉城大学、延世大学协作,培养ASIC设计人才。信息通信部所属的电子通信研究所,将研究重点从存储器转向ASIC等非存储器集成电路领域的技术开发,加强了研究力量和经费的投入。韩国企业为改变产业结构、产品结构和消除半导体设备及原材料对外国的依赖性,通过开展战略协作,利用其拥有的存储器方面的最先进技术与外国企业交换非存储器技术;同时利用其在发展中积累的资本,并购一些拥有其所需技术的外国企业,从中获取技术诀窍。尽管政府和企业已经认识到集成电路产业结构的不合理,并积极推动非MEMORY的发展,但技术和人才的积累并非一日之功,在今后相当长的一段时间内,存储器集成电路仍将在韩国集成电路产业中发挥支柱作用。

?

三星

1992年,三星电子采用统一的经营结构,开发出世界第一个64M DRAM,这标志着三星在DRAM领域完成了技术的赶超过程。为了确保在DRAM领域的技术优势,三星利用自1989年4月开始的第二届国家研究开发小组,并结合自身积累的技术开发能力,率先于1992年11月开发成功64M DRAM。这一年,三星还开发出10.4英寸TFT6-LCD7面板。TFT-LCD技术是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合,说明三星已经开始着力开发非存储器集成电路。

1993年,三星电子公司完全收购Harris Microwave,取得砷化嫁IC和光半导体技术。(韩国半导体产业发展之路)

1994年,三星电子在世界上第一个开发出256 M DRAM芯片。

1995年,三星电子开发出22英寸大型TFT-LCD并从德国西门子公司得到用于Smart Card的IC技术。

1996年,三星电子开发出1G DRAM并实现64M DRAM批量生产。同年,三星电子开发出世界最快的CPU (中央处理器)——Alpha芯片。

1997年,为了持续地保持并强化竞争优势,韩国政府通过实施“新一代半导体基础技术开发项目”,成功地开发出了256M DRAM的基础技术和1G DRAM的先进基础技术。(韩国半导体产业的技术跨越研究)1997年,TFT-LCD成为市场新宠,韩国三星电子处于市场第三的位置。这一年,现代电子在世界上首次开发1G的SDRAM。

6

TFT(Thin Film Transistor)即薄膜场效应晶体管。TFT技术是二十世纪九十年代发展起来的,采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术,是液晶(LC)、无机和有机薄膜电致发光(EL和OEL)平板显示器的基础。 7

LCD是 Liquid Crystal Display 的简称,即液晶显示器。

1998年,三星电子开发出世界最小的半导体封装并成为世界第一个拥有4 GB半导体处理生产技术的厂商,它还开发出世界第一个128MB SDRAM8以及128MB Flash内存9。

1999年,三星电子开发出世界第一个1G Flash内存原型并成为世界第一个实现1G DDR10 DRAM芯片商业化的公司;同年三星电子开发出世界第一个1GHz CPU和世界第一个24-英寸宽屏TFT-LCD并出厂了第一批大规模生产的256M SDRAM芯片;三星电子还开发出第一款可以具备DDR制造选项的128M SDRAM。

2000年,三星电子256M 闪存正式批量投产并开发出第一个288M RAMBUS

11

DRAM和GDDR12芯片[13]。同年,三星尖端技术研究所开发出垂直磁记录技术,这

是世界上记录密度最高(60GB/英寸)的技术。

2001年,三星电子1G 闪存商业化。三星电子开发出16M DDR SRAM和世界最大的40英寸TFT-LCD显示器。同年,三星电子开始大量生产128M/256M DDR333和256 M RAMBUS DRAM。三星电子还生产世界第一个40英寸TFT-LCD 显示器并开始大量生产512MB 闪存。三星电子于本年度取得4G DRAM 技术。

2002年,三星电子成功完成了7种非存储器的片上系统芯片(SOC)和LCD驱动芯片、SMART CARD、CIS(摄像用图像认识设备)、RF(无线通信用芯片)等四种LSI品种的国产化,并将正式投入批量生产。三星认为今后存储器产品不但容量高、读取速度快、耗能低而且成本较低。因此在新型存储器如MRAM、FRAM、Single Electron Memory等产品领域内,各厂家将展开激烈的竞争。(韩国半导体产业的

发展状况)

2006年,三星开发出了世界第一款真正的双面液晶显示器和世界第一个 50nm 1G DRAM。同年开发出了1.72英寸超反射LCD屏2007年开发出了世界第一款 30nm 64Gb NAND Flash13内存。这一年,三星电子在全球LCD显示器市场销售了六百五十八万三千台,市占率以56%成为世界第一。

2007年,三星开发出了世界第一款 30nm 64Gb NAND Flash? 内存。

8

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory),即同步动态随机存储器,同步是指 Memory工作需要同步时钟,内部

的命令的发送与数据的传输都以它为基准。

9

Flash内存即Flash Memory,全名叫Flash EEPROM Memory,又名闪存,是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存

储的数据信息)的存储器;闪存是电子可擦除只读存储器(EEPROM)的变种。 1011 DDR:Double Data Rate,即双倍数据速率。 RAMBUS内存就是一种高性能、芯片对芯片接口技术的新一代存储产品,它使得新一代的处理器可以发挥出最佳的功能。 12GDDR是Graphics Double Data Rate的缩写,为显存的一种,GDDR是为了设计高端显卡而特别设计的高性能DDR存储器规格。 13 NAND-flash内存是flash内存的一种,其内部采用非线性宏单元模式,为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash存储器具有容量较大,改写速度快等优点,适用于大量数据的存储,因而在业界得到了越来越广泛的应用。 2009年,三星开发出世界第一款40 纳米 DRAM、世界功率最低的 1GHz移动CPU内核、世界最薄的 3mm LED 电视面板和世界第一个0.6mm 8 芯片封装,并批量生产了世界第一款 40 纳米 DDR3 DRAM。

2010年,三星开始批量生产20nm级、64GB、3 bit NAND 闪存并推出高速512GB SSD,它利用了具有最新切换模式的DDR NAND内存。

2011年,三星电子宣布,斥资100亿美元打造的新芯片生产线已开始量产。三星开发出行业内第一款30nm级1GB DDR4 DRAM和生产世界第一款 64GB MLC NAND闪存;它还生产出世界上第一款20nm级2GB DDR3 DRAM以及开发出世界上第一款30nm级4GB LPDDR3 DRAM。

2012年,三星尝试研究行业内第一款依靠DDR4内存技术的16G 服务器模块;三星开始大量生产智能手机和平板电脑用的最快的嵌入式NAND内存和行业内最高密度(128GB)嵌入式NAND内存;它宣布通过30nm 级工艺已生产出行业第一款2GB LPDDR2手机DRAM;并引进先进的内存存储解决方案供纤薄智能机和平板电脑使用。

2013年,三星研发出世界第一款4GB LPDDR3手机DRAM,使用的是20nm 级的工艺;同年,它开始大量生产PCI-Express SSD(固态硬盘)。

?

海力士

进入21世纪,海力士也迎头赶上,在存储器集成电路领域大有超越三星的趋势。不过,海力士在发展和更新DRAM的同时,也开始不断开发SRAM等其他类型的存储器。

2001年,现代电子更名为海力士,完成与现代集团的最终分离。同年开发出世界上速度最快的128MB DDR SDRAM。

2002年,海力士开发1G DDR DRAM模块并在世界上首次开发高密度大宽带256MB的DDR SDRAM;它还开发出0.10微米、512MB 的DDR。

2003年,海力士宣布发表在DRAM行业的第一个1Gb DDR2问世并宣布在世界上首次发表DDR500。同年,海力士采用0.1微米工艺技术投入生产超低功率256M SDRAM。

2004年,海力士与意法半导体公司(STMicroelectronics)签订关于在中国合资建厂的协议,并成功开发出NAND闪存和超高速DDR SDRAM 550MHz。

2005年,海力士成为世界最先开发512Mb GDDR4、业界最高速度及最高密度Graphics DRAM的企业,并在业界最先推出JEDEC标准8GB DDR2 R-DIMM 14

2006年,海力士在业界最先发表60nm 1GB DDR2 800MHz基础模块并开发出世界最高速的200MHz 512MB Mobile DRAM。

2007年,海力士开发出以“晶圆级封装15 (Wafer Level Package)”技术为基础的超高速存储器模块。

2008年,海力士引进2-Rank 8GB DDR2 RDIMM16,开发出世界最高速Mobile LPDDR2。同年在世界上最先推出使用MetaRAMtm 技术的16 GB 2-Ran kR-DIMM。

2009年,海力士成为世界上最先获得关于以伺服器4GB ECC UDIMM用模块为基础的超高速DDR3的英特尔产品认证的企业。同年开发出低耗电-高速(Low Power-High Speed) Mobile 1GB DDR2 DRAM。本年海力士最先开发出44nm DDR3 DRAM。海力士半导体公司(HynixSemiconductor)近日宣布,已使用最细微技术研发出全球密度最高内存芯片。海力士这种崭新的“DDR3DRAM”(DDR3动态随机存取内存)芯片采用的技术,能让内部线路相距仅40奈米,细微度是目前产品的1/5。海力士表示,这项新产品的生产效率较现有芯片提升50%,因为比现有制程耗费更少能源和成本。海力士说,将从今年第三季开始量产。海力士发言人说:“海力士成为成功应用40奈米级技术至DDR3DRAM芯片的全球首家厂商。研发出此新芯片,将有助于海力士在快速变迁的内存芯片市场继续维持领先地位。”

2010年,海力士开发出20nm Class 64Gb NAND Flash和全球首个2Gb移动低功耗DDR2 DRAM。同年,它申请了“半导体存储装置的数据对齐电路和方法”的专利。12月30日消息,据国外媒体报道,全球第二大内存芯片厂商海力士半导体星期三称,它已经开发出一种新的基于30纳米技术的内存芯片。这个里程碑式的事件可能会帮助海力士渡过全球半导体市场的衰退。海力士在声明中说,它开发出了使用30纳米技术的全球第一个4GB DDR3内存。这种新的芯片主要面向高端服务器和PC市场,提供比目前采用40纳米技术制作的内存芯片更快的速度并且将效率提高70%。海力士在明年第一季度还将生产采用30纳米技术的其

14

DIMM: Dual Inline Memory Modules,即双列直插式存储模块。这是在奔腾CPU推出后出现的新型内存条,DIMM提供了64位

的数据通道,因此它在奔腾主板上可以单条使用。

1516

晶圆级封裝:(WLP)是一项先进的封裝技术,其所有的步骤都需在切片前的晶圓级完成,这样封装后的尺寸不会比晶片本身大。 RDIMM:即Registered DIMM,表示控制器输出的地址和控制信号经过Reg寄存后输出到DRAM芯片,控制器输出的时钟信号经过PLL后到达各DRAM芯片。

它小容量的DRAM内存芯片。这种最新产品的生产将在未来几个月之内实施。专家说,此举表明海力士正在从40至50纳米技术向30至40纳米技术过渡。采用高级的技术,芯片厂商能够显著降低生产成本和得到更多的利润。

2011年,海力士开发出30nm Class 2Gb高性能DDR4 DRAM;并利用TSV17技术开发40nm Class 16Gb DDR3 DRAM。全球第二大计算机内存芯片厂商海力士半导体称,它已开发出全球最大容量的单芯片封装DRAM内存芯片。海力士在声明中称,通过使用一种名为TSV(硅通孔技术)的新技术,海力士成功地在一个芯片封装中堆叠了8个2GB DDR3 DRAM内存芯片。TSV技术相比以前的技术具有速度更快和耗电量更省的优势。

2012年,海力士开发出低压4Gb Graphics DDR3并设立闪存解决方案设计中心。

?

韩国科学界

2009年,韩国科学家开发出一种全新的晶体管,其反应速度和能源效率比现有晶体管更快更好,令不需启动过程的电脑有望实现。这种全新的晶体管叫“自旋场效应晶体管”,韩国科学技术研究院自2002年开始研究自旋晶体管,投入了约800万美元的研究资金。它已在美国、日本和其他国家为这项技术申请了专利权。这项微电子学新突破刊登在《科学》杂志上。

2011年,韩国高级科学技术研究院(KAIST)研究组研制出近似日光的白色LED并将其研究成果刊登在了材料领域的尖端期刊《新型材料》(Advanced Materials)上。

2013年,韩国蔚山科技大学崔京振(音)教授共同研究小组研发出全球最早利用化合物半导体纳米线的晶圆级大面积合成技术。

17

TSV:在半导体微电子领域,代表硅通孔技术。在3D IC封装及MEMS封装过程中,由于要使用到多层芯片互联,因此需要打穿整个芯片的孔来实现电学连接.目前比较流行的两种方法为先通孔(via first)与后通孔(via last)。

联系客服:779662525#qq.com(#替换为@)