微电子技术发展趋势

微电子技术发展趋势及应用

湖 南 科 技 经 贸 职 业 学 院 学 术 演 讲 人 ： 李 仲 春

微电子技术发展趋势

微电子技术是当代发展最快的技术之一， 微电子技术是当代发展最快的技术之一，是 电子信息产业的基础和心脏。 电子信息产业的基础和心脏。微电子技术的发展 大大推动了航天航空技术，遥测传感技术，通讯 大大推动了航天航空技术，遥测传感技术， 技术，计算机技术、网络技术、 技术，计算机技术、网络技术、汽车电子技术及 家用电器等产业的迅猛发展。 家用电器等产业的迅猛发展。微电子技术的发展 和应用，几乎使现代战争成为信息战、电子战。 和应用，几乎使现代战争成为信息战、电子战。 在我国， 在我国，已经把电子信息产业列为国民经济的支 柱产业。如今，微电子技术已成为衡量一个国家 柱产业。如今， 科学技术进步和综合国力的重要标志。 科学技术进步和综合国力的重要标志。

集成 是微电子技术的核心，是电子工业 集成IC是微电子技术的核心， 是微电子技术的核心 粮食” 的“粮食”。集成电路已发展到超大规模 和甚大规模、深亚微米（0.25um)精度和可 和甚大规模、深亚微米（ 精度和可 集成数百万晶体管的水平，现在已把整个 集成数百万晶体管的水平， 电子系统集成在一个芯片上。人们认为： 电子系统集成在一个芯片上。人们认为： 微电子技术的发展和应用使全球发生了第 三次工业。 三次工业。

1965年，Inter公司董事长 年 公司董事长Gorden Moore在研 公司董事长 在研 究存储器芯片上晶体管增长数的时间关系时发 每过18~24个月，芯片集成度提高一倍。 个月， 现，每过 个月 芯片集成度提高一倍。 这一关系被称为穆尔定律（ 这一关系被称为穆尔定律（Moores Law),一直 一直 沿用至今。 沿用至今。 ? 首先是企业资金的。 首先是企业资金的。 随着芯片集成度的提高， 随着芯片集成度的提高， 生产成本几乎呈指数增长。 生产成本几乎呈指数增长。 ? 其次是物理 其次是物理, 当芯片设计及工艺进入到 原子级时就会出现问题。 原子级时就会出现问题。

Gorden Moore(穆尔） 穆尔） 穆尔

DRAM (动态随机储存器）的生产设备每更新 动态随机储存器） 动态随机储存器 一代，投资费用将增加1.7倍 被称为V3法则 法则。 一代，投资费用将增加 倍，被称为 法则。目 前建设一条月产5000万块 万块16MDRAM的生产线， 的生产线， 前建设一条月产 万块 的生产线 至少需要10亿美元 据此

， 亿美元。 至少需要 亿美元。据此，MDRAM的生产线 的生产线 就要17亿美元 亿美元， 的生产线需要29亿美 就要 亿美元，256MDRAM的生产线需要 亿美 的生产线需要 的生产线需要将近50亿美元 元，1G的生产线需要将近 亿美元。 的生产线需要将近 亿美元。

至于物理，人们普遍认为，电路线宽达到0.05um 至于物理，人们普遍认为，电路线宽达到 制作器件就会碰到严重问题。从集成电路的发展看， 时，制作器件就会碰到严重问题。从集成电路的发展看， 每前进一步，线宽将乘上一个0.7的常数 的常数。 每前进一步，线宽将乘上一个 的常数。即：如果把 0.25um看作下一代技术，那么几年后又一代新产品将 看作下一代技术， 看作下一代技术 达到0.18um（0.25um×0.7)，再过几年则会达到 达到 （ × ， 0.13um。依次类推，这样再经过 。依次类推， 两三代， 两三代，集成电路即达到 0.05um。每一代大约需 。 要经过3年左右 年左右。 要经过 年左右。

几十年来集成电路（IC）技术一直以极高的速 几十年来集成电路（ ） 度发展。著名的穆尔定则指出， 的集成度 的集成度( 度发展。著名的穆尔定则指出，IC的集成度 每个 微电子芯片上集成的器件数）， ），每 年左右为一代 年左右为一代， 微电子芯片上集成的器件数），每3年左右为一代， 每代翻两番。对应于IC制作工艺中的特征线宽则每 每代翻两番。对应于 制作工艺中的特征线宽则每 代缩小30%。根据按比例缩小原理，特征线条越窄， 代缩小 。根据按比例缩小原理，特征线条越窄， IC的工作速度越快，单元功能消耗的功率越低。所 的工作速度越快，单元功能消耗的功率越低。 的工作速度越快 以，IC的每一代发展不仅使 的每一代发展不仅使 集成度提高， 集成度提高，同时也使其性 速度、功耗、可靠性等） 能（速度、功耗、可靠性等） 大大改善。 大大改善。

与IC加工精度提高的同时，加工的硅圆片的尺寸 加工精度提高的同时， 加工精度提高的同时 却在不断增大，生产硅片的批量也不断提高。以 却在不断增大，生产硅片的批量也不断提高。 上这些导致了微电子产品发展的一种奇妙景观; 上这些导致了微电子产品发展的一种奇妙景观 在集成度一代代提高的同时，芯片的性能、 在集成度一代代提高的同时，芯片的性能、功能 不断增强，而价格却不断下跌。这一现象的深远 不断增强，而价格却不断下跌。 意义在于，随着微电子芯片技术的快速发展， 意义在于，随着微电子芯片技术的快速发展， 一切微电子产品（计算机、 一切微电子产品（计算机、 通信及消费类电子产品等） 通信

及消费类电子产品等） 也加速更新换代； 也加速更新换代； 硅

圆 片

不仅新一代产品性能、功能大大超过前一代， 不仅新一代产品性能、功能大大超过前一代， 而且价格的越来越便宜又为电子信息技术的不断 推进机器迅速推广应用到各个领域创造了条件， 推进机器迅速推广应用到各个领域创造了条件， 导致了人类信息化社会的到来。 导致了人类信息化社会的到来。由于集成电路栅 长度的减小和集成度的增大， 长度的减小和集成度的增大，因此必须发展相应 的制造技术，即光刻技术、氧化和扩散技术、 的制造技术，即光刻技术、氧化和扩散技术、多 层布线技术和电容器材料 技术。 技术。

光刻技术

光刻技术 ? 利用波长 利用波长436nm光线，形成亚微米尺寸图形， 光线，形成亚微米尺寸图形， 光线 制造出集成度1M位和 位的DRAM。i射线（波 制造出集成度 位和4M位的 。 射线（ 位和 位的 射线 长365nm）曝光设备问世后，可形成半微米尺 ）曝光设备问世后， 寸和深亚微米尺寸的图形，制造出16M位和 位和M 寸和深亚微米尺寸的图形，制造出 位和 位的DRAM。 位的 。 ? 目前，采用 目前，采用KrF准分子激光器的光刻设备已经投 准分子激光器的光刻设备已经投 入实用，可以形成四分之一微米尺寸的图形， 入实用，可以形成四分之一微米尺寸的图形，制 造出M位DRAM。采用波长更短的 造出 位 。采用波长更短的ArF激光器 激光器 的光刻设备也已经投入实用。当然， 的光刻设备也已经投入实用。当然，为了实现这 一目标， 一目标，必须开发出适用的掩膜形成技术和光刻 胶材料。 胶材料。

X射线光刻设备的研制开发工作，已经进行了相 射线光刻设备的研制开发工作， 射线光刻设备的研制开发工作 当的时间，电子束曝光技术和3nm真空紫外线曝 当的时间，电子束曝光技术和 真空紫外线曝 光技术，也在积极开发之中，哪一种技术将会率 光技术，也在积极开发之中， 先投入实用并成为下一阶段的主流技术， 先投入实用并成为下一阶段的主流技术，现在还 难以预料。 难以预料。

蚀刻技术

在高密度集成电路制造过程中，氧化膜、 在高密度集成电路制造过程中，氧化膜、 多晶硅与布线金属的蚀刻技术，随着特征 多晶硅与布线金属的蚀刻技术， 尺寸的不断缩小将变得越来越困难。 尺寸的不断缩小将变得越来越困难。 ? 显然，如果能够研制出一种可以产生均匀 显然， 的平面状高密度等离子源的技术， 的平面状高密度等离子源的技术，就会获 得更为理想的蚀刻效果。 得更为理想的蚀刻效果。 ? 利用 利用CER（电子回旋共

振）等离子源或 （电子回旋共振）等离子源或ICP 电感耦合等离子）高密度等离子源， （电感耦合等离子）高密度等离子源，并 同特殊气体（ 同特殊气体（如HBr等）及静电卡盘（勇 等 及静电卡盘（ 于精密温度控制）技术相结合， 于精密温度控制）技术相结合，就可以满 足上述电路蚀刻工艺的要求

扩散氧化技术 ? 要想以低成本保证晶体的良好质量，必须采用外 要想以低成本保证晶体的良好质量， 延生长技术。其理由是， 延生长技术。其理由是，同在晶作上下功夫 保证质量所需要花费的成本相比，外延生长技术 保证质量所需要花费的成本相比， 的成本低得多。 的成本低得多。 ? 离子注入的技术水平已经有很大提高，而已将 离子注入的技术水平已经有很大提高， MeV（兆电子伏特）的高能量离子注入晶体内部 （兆电子伏特） 达几微米深度。迄今采用的气体扩散法， 达几微米深度。迄今采用的气体扩散法，需要在 高温中长时间地扩散杂质才能形成扩散层。 高温中长时间地扩散杂质才能形成扩散层。而现 利用离子注入技术， 在，利用离子注入技术，可以分别地将杂质注入 到任意位置，再经一次低温热处理， 到任意位置，再经一次低温热处理，就可以获得 同样的结果。 同样的结果。

同时，低能量离子注入技术也取得很大进展，可 同时，低能量离子注入技术也取得很大进展， 以形成深度小于0.1um的浅扩散层，而且精度相 以形成深度小于 的浅扩散层， 的浅扩散层 当高。另外，斜方向离子注入技术也大有进展， 当高。另外，斜方向离子注入技术也大有进展， 可以在任何位置注入杂质， 可以在任何位置注入杂质，从而可以在低温条件 下按照设计要求， 下按照设计要求，完成决定晶体管性能的杂质扩 散工序作业。 散工序作业。用固相扩散法制造源漏极浅结极为 有效，已经获得35nm的浅结。 有效，已经获得 的浅结。 的浅结

微电子技术在未来轻兵器上的应用 ? 当今世界，高新技术的浪潮推动着世纪战车，正 当今世界，高新技术的浪潮推动着世纪战车， 飞速驶入一个全新的时代。 飞速驶入一个全新的时代。各类传统观念上的兵 器在高技术的洗礼下，都产生了性的变化。 器在高技术的洗礼下，都产生了性的变化。 在诸多高技术中，雄踞榜首的是微电子技术。 在诸多高技术中，雄踞榜首的是微电子技术。 ? 微电子技术是使电子元器件和由它组成的电子设 备微型化的技术，其核心是集成电路技术。 备微型化的技术，其核心是集成电路技术。先进 的微电子技术在军事领域中的广泛应用打破了千 百年形成的

武器装备唯大、 百年形成的武器装备唯大、唯多和大规模破坏等 传统观念，使武器系统小而轻，功耗低， 传统观念，使武器系统小而轻，功耗低，可靠性 作战效能和威力增强。如军用通信指挥系统， 高，作战效能和威力增强。如军用通信指挥系统， 高空卫星侦察监视，海底导弹发射及海、 高空卫星侦察监视，海底导弹发射及海、陆、空 各军兵种的配合与联络，靠的都是微电子技术。 各军兵种的配合与联络，靠的都是微电子技术。

小结

21世纪人类将全面进入信息化社会，对为 世纪人类将全面进入信息化社会， 世纪人类将全面进入信息化社会 电子信息技术将不断提出更高的发展要求， 电子信息技术将不断提出更高的发展要求，微电 子技术仍将继续是21世纪若干年代中最为重要的 子技术仍将继续是 世纪若干年代中最为重要的 和最有活力的高科技领域之一。 和最有活力的高科技领域之一。

谢谢大家！ 谢谢大家！ 祝各位天天开心！ 祝各位天天开心！

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