微电子工艺发展现状研究论文

本文论述了当前世界以半导体集成电路技术为核心的微电子产业的发展态势,概括介绍了该领域内最新的技术、市场发展现状和发展趋势,并简要论述了我国在这一领域内的发展状况。

电子技术是信息社会的基石。实现信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机还是通讯电子装备，它们的基础都是集成电路。尽管电子学在化合物半导体和其它新材料方面的研究及在某些领域的应用取得了很大进展，但还远不具备替代硅基工艺的条件。硅集成电路技术发展至今，全世界数以万亿美元计的设备和科技投入，已使硅基工艺形成非常强大的产业能力。同时，长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步，成为自然界100多种元素之最，这是非常宝贵的知识积累。随着集成电路技术的发展，使整机、电路与元件、器件之间的明确界限被突跛。器件问题、电路问题和整机系统问题已经结合在一起，体现在一小块硅片上，这就形成了固体物理、硅器件工艺与电子学三者交叉的新技术学科——微电子学。随着集成电路技术的广泛渗透和延拓，它将是一个更为广泛的边缘性学科。 微电子学和微电子技术一般地指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元件、器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，它也特指大规模集成电路的制造和运用技术。微电子技术与传统电子技术相比，其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统的设计和制造工艺紧密结合起来，适于进行大规模的批量生产，因而成本低和可靠性高。在21世纪，微电子技术是改变生产和生活面貌的先导技术。例如，采用微电子技术制成的集成电路芯片（微芯片）已发展到进入GSI时代；微芯片上的器件密度已达到人脑中神经元密度水平。这样水平的微芯片将促使计算机及通信产业更新换代，大大改变人们生产、生活的面貌。科学家们已在讨论把微芯片记忆线路植入人的大脑以治疗老年性痴呆症，或增加人的记忆能力的可能性。而用微芯片制作的手提式超级计算机、电子笔记本、微型翻译机和便携式电话等已陆续出现。 微电子技术当前发展的一个鲜明特点就是：系统级芯片（System On Chip，简称SOC）概念的出现。在集成电路（IC）发展初期，电路都从器件的物理版图设计入手，后来出现了IC单元库，使用IC设计从器件级进入到逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与IC设计，极大的推动了IC产业的发展。由于IC设计与工艺技术水平不断提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯片。正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个IC芯片上的系统级芯片的概念。其进一步发展，可以将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能，这是一个更广义上的系统集成芯片。很多研究表明，与由IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破，同时也是信息技术发展的必然结果。目前，SOC技术已经崭露头角，21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。 微电子技术的另一个显著特点就是其强大的生命力，它源于可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其他学科相结合，便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点。作为与微电子技术成功结合的典型例子便是MEMS（微电子机械系统或称微机电系统）技术和生物芯片等。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。 可以认为微电子技术的迅猛发展必将带来又一次革命性变革。相应的微电子产品将如同细胞组成人体一样，成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞，改变着社会的生产方式和人们的生活方式。微电子技术不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造着代表信息时代的硅文化。因此有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后正进入硅石时代。

器件是基础，请先搞懂。非此，余下免谈。实验合格，论文才上档次，过来人是导师。无师自通？教训不忘！

自1965年发明第一块集成电路以来，特别是过去的十年中，全球微电子产业一直处于高速发展的时期，推动着信息产业的高速发展。集成电路产业及其产品是带动整个经济增长的重要因素。集成电路已发展到超大规模和甚大规模、深亚微米(0.25μm)精度和可集成数百万晶体管的水平，现在已把整个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革命。1965年，Intel公司创始人之一的董事长Gorden Moore在研究存贮器芯片上晶体管增长数的时间关系时发现，每过18～24个月，芯片集成度提高一倍。这一关系被称为穆尔定律(Moores Law)，一直沿用至今。自从20 世纪50 年代后期集成电路问世以来, 就一直追求在芯片上有更多的晶体管, 能够完成更多的功能, 从一代到下一代芯片的基本价格变化却很小, 这是由于较高的集成度导致完成每项功能的价格降低。这是驱动芯片发展的最基本动力。现在还在向更小的工艺发展。技术飞速的进步, 促使人们不断探究现代半导体器件最终的物理极限。

·综 述·国外微电子技术的发展近况George F. Watson去年我们已经见到了含有超过100万只晶体管的微处理器芯片商品，1991年则有可能出现含有200万只晶体管的微处理器芯片。处理器芯片也正在同步发展，因为大家认为九十年代会出现25兆赫的芯片，所以预计下一代将制出50~60兆赫的处理器芯片。存储器芯片也变得容量更大，速度更快了。例如动态RAM器件，目前的4兆位品种已大量投产，16兆位的已有样品，64兆位器件已研制成功，现在开发的则是256兆位甚至1千兆位的器件了。同时，这类器件的存取时间正在逐步缩短，目前的标准是80毫微秒；一年以后，应用普通CMOS工艺制造的器件将减为60毫微秒左右，而应用双极一CMOS(biCMOS)工艺的器件将缩短为35 毫微秒。集成度/性能曲线的改进，对各类便携型电子设备最有裨益，不仅是台式计算机，而且膝上机器、笔记本机器及掌上机器都减轻了重量，降低了功耗。在不久的将来，数字式蜂窝状电话机不会比一盒名片更大。带存储器的微处理器在高档处理器产品方面，更高集成度的一个例子就是Intel公司为笔记本大小个人计算机而设计的80386变型。386SL则把386处理器同高速缓冲与主存储控制器、映射逻辑、总线与共处理器接口、电源保持逻辑等集成了起来。与此同时， Intel公司研制的一种外围子系统芯片还具有一个电源管理系统，可以节省电池电源。这两块集成电路加在一起，几乎能提供IBMPC/AT兼容型台式计算机的全部元件，不过全部装在一块尺2寸仅为10×15厘米的电路板上。缩简指令系统计算机(RISC)微处理器受到的阻力虽然正在减小，但是对它仍有争议。美国一些半导体器件制造大户以百万只晶体管芯片制造这类微处理器，例如Motorola公司在将高速缓冲存储器装到其RISC处理器后，打算在今年制出集成度更高的机型。IBM公司制造的RISC和CISC(复杂指令系统计算机)微处理器供自己使用。RISC微处理器在嵌埋式应用中正迅速地扩展其势力范围。Intel公司最近推出的廉价型i960型32位芯片,即i960S系列芯片,售价为20美元，成本与许多16位微处理器相当，片内包括一只512字节的指令高速缓冲存储器、一只中断控制器、充分的地址空间、寄存器组和一条数据总线，适用于磁盘控制器、网络接合器、彩色复印机、打印机、传真机等设备。总的看，嵌埋型应用继续在发展，尤其是16位的微控制器，它像高档的微处理器那样，集成度正越来越高，功能越来越强。汽车、家用电器与工业控制一类的厂商，目前正在从8位控制更新为16位控制，以便达到更快速的响应；而半导体制造商供应的16位微控制器很容易满足他们的更新要求，因为这类微控制器可以使用原来8位微控制器一样的源码。Motorola公司今年年初推出的68HC16,可以采用8位68HC11同样的软件操作，而且新单元还具有数字信号处理与片上外设的功能， Chrysler公司将使用这种新器件作发动机控制。Intel公司在其16位微控制器新产品中包含有8位总线型，并提