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
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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。
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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。
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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。