双晶圆堆叠、多晶圆堆叠、芯片晶圆异构集成等项目可行性研究报告
思瀚产业研究院 新芯集成    2024-10-12

1、项目基本情况

公司 12 英寸集成电路制造生产线三期项目计划建设一条规划产能 5.0 万片/月的 12 英寸特色工艺晶圆生产线，其中三维集成业务（双晶圆堆叠、多晶圆堆叠、芯片-晶圆异构集成、2.5D 以及配套逻辑）相关产能合计 4.0 万片/月，RF-SOI产能 1.0 万片/月，实施主体为新芯集成。

在数据量倍增和万物互联的大时代背景下，一系列高端三维集成产品涌现出来并蓬勃发展，并通过功能集成、异构集成的方式，满足个人消费和工业设备对高性能、高集成的共同需求。

根据 Yole 统计，2023 年，全球高端三维集成制造市场规模大约为 22.49 亿美元，预计到 2028 年，全球三维集成技术制造市场规模总额约为 98.79 亿美元，2023 至 2028 年的年均复合增长率为 34.45%，市场潜力巨大。

该项目依托公司在三维集成与数模混合业务领域现有的领先工艺、技术与量产经验，进一步完善并延展相关工艺平台，建成后将显著提升公司产能规模并助力公司的工艺技术迈上新台阶，增强公司核心竞争力、提升公司行业地位。

2、项目投资概算

本项目预计总投资 280 亿元，建筑工程费 16.37亿元，公用设备购置及安装费 38.67亿元，生产设备购置及安装费 211.15亿元，工器具及家具费 0.61亿元，固定资产其他费用 3.15亿元，其他资产 0.03亿元，预备费 3.52亿元，铺底流动资金 6.5亿元。

3、时间周期和投资进度安排

本项目建设期为2年，预计T+0年开工建设，T+1年完成厂房及无尘室建设，T+2 年建成初试线。产能逐年增长，预计 T+4 年完成产能建设，达到 5.0 万片/月。

4、项目涉及土地使用权情况

本项目在新芯集成现有厂区预留空地上兴建，已取得编号为鄂（2024）武汉市东开不动产权第 0015515 号的土地权属证明，不涉及新增土地使用权情形。

5、项目备案及环评情况

本项目已履行国家相关主管部门程序，目前正在向有关部门申请办理项目备案和环评批复中。

6、主要产品或服务

（1）按业务类型分类

公司主要向客户提供 12 英寸特色工艺晶圆代工，根据客户需求提供特色存储、数模混合和三维集成等领域多种类别半导体产品的晶圆代工。公司在特色存储领域亦经营自有品牌 NOR Flash 产品。此外，公司还可为客户提供研发流片、技术授权、光掩膜版等其他配套业务。

（2）按工艺平台分类

报告期内，公司主营业务按工艺平台可主要分为特色存储、数模混合和三维集成领域。

①特色存储

报告期内，公司在特色存储领域主要提供 NOR Flash、MCU 等产品的晶圆代工。除晶圆代工以外，公司亦经营自有品牌 NOR Flash 产品。

A. NOR Flash

公司是中国大陆规模最大的NOR Flash制造厂商，近十余年来持续深耕NORFlash 领域。截至 2024 年 3 月底，公司 12 英寸 NOR Flash 晶圆累计出货量已经超过 130 万片。

NOR Flash 是一种非易失性存储芯片，具有读取速度快、可靠性强、可芯片内执行（XIP）等特点，在中低容量应用以及需要用低功耗完成内部指令执行、系统数据交换等功能的产品上具备性能和成本上的优势，因此广泛应用于计算机、消费电子（智能家居、TWS 耳机、穿戴式设备、路由器、机顶盒等）、汽车电子（高级驾驶辅助系统、车窗控制、仪表盘）、工业控制（智能电表、机械控制）、物联网设备等领域。目前，NOR Flash 主要包括基于浮栅技术的 ETOX 型和基于电荷俘获技术的SONOS 型两类主流基础工艺结构。

ETOX 型 NOR Flash 工艺结构方面，公司技术节点涵盖 65nm 到 50nm，其中自主研发的 50nm 技术平台具有业内领先的存储密度。公司“代码型闪存芯片成套核心技术研发及其产业化”项目曾获得湖北省科技进步一等奖。

报告期内，公司与客户二、客户三等行业头部客户保持稳定合作关系，为客户提供各技术节点下各类 ETOX 型 NOR Flash 晶圆代工。公司自有品牌 NOR Flash 产品采用 ETOX 型工艺结构，擦写速度与耐受性、数据保持等可靠性与特性指标业内领先。报告期内，公司主要以经销模式销售NOR Flash 产品，与行业头部电子元器件分销商形成了稳定合作关系，主要应用于消费电子、计算机、工业控制等领域。

SONOS 型 NOR Flash 工艺结构方面，公司系客户一代码型闪存（产品 A）全球唯一晶圆代工供应商。产品 A 主要应用于汽车电子、工业控制领域。

B. MCU

报告期内，公司在特色存储领域亦提供 MCU 产品的晶圆代工。MCU 又称单片微型计算机，系将 CPU 的频率与规格做适当缩减，并将 Flash、ADC、计数器等模块集成到同一颗芯片，从而为不同的应用场合提供组合控制。公司拥有业内领先的 55nm ESF3 架构1MCU 工艺，其中超低功耗 MCU 平台已稳定量产、高性能 MCU 平台已完成研发。报告期内，公司 MCU 领域客户主要包括恒烁股份等，所代工 MCU 产品应用场景由消费电子逐步推进至工业控制及汽车电子领域。

②数模混合

公司在数模混合领域主要提供 CIS、RF-SOI 等产品晶圆代工。

A. CIS

公司具备 CMOS 图像传感器制造全流程工艺，包括以 55nm 逻辑工艺为基础开发的 CIS 像素（Pixel）工艺以及背照式、堆栈式产品所需的 BSI、键合工艺等，可为客户提供各类 CIS 产品的晶圆代工。

CIS 是一种利用光电转换技术原理所制造的图像传感元件，根据消费、车载、工业等不同应用场景的感光能力、动态范围、图像分辨率等需求，像素单元尺寸从数微米到 0.5 微米，像素数量从数百万到亿级不等。根据工艺架构不同，CIS主要分为前照式、背照式和堆栈式2三类，其中背照式和堆栈式已成为中高端 CIS产品主流结构。

CIS 晶圆代工方面，公司技术平台布局完整，技术实力领先，拥有覆盖 0.7微米及以上的像素工艺能力、多年稳定量产的 BSI 工艺和键合工艺，量子效率、动态范围、暗电流、噪声、白点等工艺相关关键性能指标达到国际先进水平。

报告期内，公司与客户四、客户五等行业头部客户保持稳定合作关系，所提供晶圆代工的 CIS 产品已广泛覆盖消费、工业、医疗、汽车等各项应用领域。

B. RF-SOI

报告期内，公司在数模混合领域亦提供 RF-SOI 产品的晶圆代工，拥有 55nm绝缘体上硅工艺完整知识产权。RF-SOI 晶圆代工是公司未来在数模混合领域重点发展的方向，亦是公司 12 英寸集成电路制造生产线三期项目的重要建设部分。

RF-SOI 是一类使用部分耗尽的绝缘体上硅工艺生产的射频前端芯片，可集成射频开关、低噪声放大器、天线调谐器、功率放大器等器件，具有更低插入损耗、更高增益的性能优势，支持 5G、毫米波通信。公司自主开发的 55nm RF-SOI 技术国内领先，已实现 55nm RF-SOI 产品量产。同时，公司已经启动下一代 40nm 工艺技术研发。报告期内，公司已与 RF-SOI领域多家国内头部设计公司客户开展合作，提供晶圆代工的 RF-SOI 产品可广泛应用于智能手机等无线通讯领域。

③三维集成

公司三维集成领域工艺的典型流程如下（以双晶圆堆叠平台为例）：

随着摩尔定律不断进步，集成电路产品最小线宽已接近极限，通过进一步缩小工艺节点以更好满足算力、速度、功耗、面积方面的需求越发困难，晶圆级三维集成技术已成为实现“超越摩尔”的重要途径。

晶圆级三维集成技术系指在垂直方向上将载片或功能晶圆堆叠，或将芯片与晶圆进行堆叠，并在各层之间通过硅通孔、混合键合等工艺技术实现直接的电气互连。通过晶圆级三维集成，可绕开单片晶圆单一制程节点限制，将使用最优制程节点的各功能晶圆进行集成，并有效提高单位面积功能密度。与引线键合（WireBonding）、倒装键合（Flip Chip）等封装方式相比，晶圆级三维集成技术提供更高的芯片间互联密度、更短芯片间互连长度，可以更好降低延时、增加传输带宽，满足低功耗、小尺寸等要求。

公司具有国际领先的晶圆级三维集成技术。报告期内，公司三维集成业务主要系按照工艺架构进行划分，已成功构建双晶圆堆叠、多晶圆堆叠、芯片-晶圆异构集成和 2.5D（硅转接板 Interposer）四大工艺平台，应用于三维集成领域各类产品的晶圆代工。公司三维集成领域各项细分工艺平台具体情况如下：

（1）双晶圆堆叠平台：该平台将两片晶圆的介质层与金属层通过低温直接键合的方式形成金属互连，在有效减小芯片面积的同时大量增加 I/O 数量，达到增加传输带宽、降低延时及系统功耗的优点，目前支持业界最小的混合键合连接孔距（HB pitch）。

（2）多晶圆堆叠平台：该平台通过无凸点（Bumpless）工艺实现多片晶圆的铜-铜直接、超高密度互连，其互连尺寸远小于微凸块封装等方式，可显著提升传输带宽，且对散热更加友好、有利于降低功耗。

（3）芯片-晶圆异构集成平台：该平台可实现不同尺寸、不同材料、不同功能的芯片-晶圆间直接键合，极大提升系统集成的灵活自由度，公司建成了中国大陆首条完全自主可控的三维异构集成工艺产线，正与产业链上下游企业深度合作进行产品验证。

（4）2.5D（硅转接板 Interposer）平台：该平台提供具有灵活的多光罩超大尺寸拼接、超高密度深沟槽电容、多层金属重布线层等技术优势的硅转接板，可与 2.5D 封装工艺相结合，为集成系统提供亚微米级精度铜互连，显著减小系统延迟、插损及功耗等，目前已经规模量产。

三维集成领域是公司未来发展的重点方向，也是公司 12 英寸集成电路制造生产线三期项目的主要组成部分。公司致力于成为三维时代半导体先进制造引领者，预计未来三维集成业务占比将逐步提升。

完整版可行性研究报告依据国家部门及地方政府相关法律、法规、标准，本着客观、求实、科学、公正的原则，在现有能够掌握的资料和数据的基础上，主要就项目建设背景、需求分析及必要性、可行性、建设规模及内容、建设条件及方案、项目投资及资金来源、社会效益、经济效益以及项目建设的环境保护等方面逐一进行研究论证，以确定项目经济上的合理性、技术上的可行性，为项目投资主体和主管部门提供决策参考。

此报告为摘录公开部分。定制化编制政府立项审批备案、国资委备案、银行贷款、产业基金融资、内部董事会投资决策等用途可研报告可咨询思瀚。