微電子導(dǎo)論論文

1、中國微電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢論文概要：介紹了中國微電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并闡述對微電子技術(shù)發(fā)展趨勢的展望。針對日 前世界局勢緊張，戰(zhàn)爭不斷的狀況，本文在最后淺析了微電子技術(shù)在未來輕兵器上的應(yīng) 用。一.我國微電子技術(shù)發(fā)展狀況1956年7月，國務(wù)院科學專業(yè)化規(guī)劃委員會正式成立，組織數(shù)百各科學家和技術(shù)專 家編制了十二年（19651967年）科學技術(shù)遠景規(guī)劃，這個著名的十二年規(guī)劃中， 明確地把發(fā)展計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、無線電電子學、自動化和遙感技術(shù)放到戰(zhàn)略的 重點上，我國半導(dǎo)體晶體管是1957年研制成功的，1960年開始形成生產(chǎn)；集成電路始 于1962年，于1968年形成生產(chǎn)；大規(guī)模集成電路始于7

2、0年代初，80年代初形成生產(chǎn)。 但是，同世界先進水平相比較，我們還存在較大的差距。在生產(chǎn)規(guī)模上，目前我國集成 電路工業(yè)還沒有實現(xiàn)高技術(shù)、低價格的工業(yè)化大生產(chǎn)，而國外的發(fā)展卻很快，美國IBM 公司在日本的野洲工廠生產(chǎn)64K動態(tài)存貯器，1983年秋正式投產(chǎn)后，每日處理硅片幾 萬片，月產(chǎn)量為上百萬塊電路，生產(chǎn)設(shè)備投資約8000萬美元。日本三菱電機公司于1981 年2月開始動土興建工廠，1984年投產(chǎn)，計劃生產(chǎn)64K動態(tài)存貯器，月產(chǎn)300萬塊， 總投資約為1.2億美元。此外，在美國和日本，把半導(dǎo)體研究成果形成工業(yè)化生產(chǎn)的周期也比較短。在美國和 日本，出現(xiàn)晶體觀后，形成工業(yè)生產(chǎn)能力是3年；出現(xiàn)集成電路后

3、形成工業(yè)生產(chǎn)能力是 13年；出現(xiàn)大規(guī)模集成電路后形成工業(yè)生產(chǎn)能力是12年；出現(xiàn)超大規(guī)模集成電路 后形成工業(yè)生產(chǎn)能力是4年。我國半導(dǎo)體集成電路工業(yè)長期以來也是停留在手工業(yè)和實 驗室的生產(chǎn)方式上。近幾年引進了一些生產(chǎn)線，個別單位才開始有些改觀，但與國外的 差距還是相當大的。從產(chǎn)品的產(chǎn)值和產(chǎn)量方面來看，目前，全世界半導(dǎo)體與微電子市場為美國和日本所壟 斷。這兩國集成電路的產(chǎn)量約占體世界產(chǎn)量的百分之九十，早期是美國獨占市場，而日 本后起直追。1975年美國的半導(dǎo)體與集成電路的產(chǎn)值是66億美元，分離器件產(chǎn)量為110 多億只，集成路為50多億塊；日本的半導(dǎo)體與集成電路的產(chǎn)值是30億美元，分離器件 產(chǎn)量為12

4、2億只，集成電路為17億塊。1982年美國的半導(dǎo)體與集成電路的產(chǎn)值為75 美元，分離器件產(chǎn)量為260多億只，集成電路為90多億塊；日本的半導(dǎo)體與集成電路 的產(chǎn)值為38億美元，分離器件產(chǎn)量300多億只，集成電路40多億塊。我國集成電路自 1976年至1982年，產(chǎn)量一直在1200萬塊至3000萬塊之間波動，沒有大幅度的提高， 1982年我國半導(dǎo)體與集成電路的產(chǎn)值是0.75億美元，產(chǎn)量為1313萬塊，相當于美國 1965年和日本1968年的水平。（1965年美國的半導(dǎo)體與集成電路的產(chǎn)值是0.79億美元， 產(chǎn)量為950萬塊；1968年日本的半導(dǎo)體與集成電路的產(chǎn)值為0.47億美元，產(chǎn)量為1988 萬塊

5、）。在價格、成本、勞動生產(chǎn)率、成品率等方面，差距比幾十倍還大得多，并且我國小規(guī) 模集成電路的成品率比國外低13倍；中規(guī)模集成電路的成品率比國外低37倍。目 前中、小規(guī)模集成電路成品率比日本1969年的水平還低。從經(jīng)濟效益和原材料消耗方 面考慮，國外一般認為，進入工業(yè)生產(chǎn)的中、小規(guī)模集成電路成品率不應(yīng)低于50%，大 規(guī)模集成電路成品率不應(yīng)低于30%。我國集成電路成品率的進一步提高，已迫在眉睫， 這是使我國集成電路降低成本，進入工業(yè)化大生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟效益帶有根本性的一 環(huán)。從價格上來看，集成電路價格是當前我國集成電路工業(yè)中的重大問題，產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)價 廉，市場才有立足之地。我國半導(dǎo)體集成電路價格，長

6、期以來，降價較緩慢，近兩三年 來，集成電路的平均價格為每塊10元左右，這種價格水平均相當于美國和日本1965年一1967年的水平。近幾年，我國微電子工業(yè)得到了進一步發(fā)展。國務(wù)院批準了關(guān)于我國電子和信息產(chǎn) 業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的報告，明確提出以集成電路、計算機、通信和軟件為電了信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展 的重點，要求電子與信息產(chǎn)業(yè)，在“七五”期間實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)變：第一是服務(wù)重點轉(zhuǎn)到為 發(fā)展國民經(jīng)濟、四化建設(shè)和整個社會生活服務(wù)的軌道上來；第二是電子工業(yè)的發(fā)展要轉(zhuǎn) 移到以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)、以計算機和通信裝備為主體的軌道上來。這些重大措施正推 動著我國微電子學的研究和微電子技術(shù)的發(fā)展。二.微電子技術(shù)發(fā)展趨勢微電子技術(shù)是當代發(fā)展最

7、快的技術(shù)之一，是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和心臟。微電子技術(shù)的 發(fā)展，大大推動了航天航空技術(shù)、遙測傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及 家用電器產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。微電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，幾乎使現(xiàn)代戰(zhàn)爭成為信息戰(zhàn)、電 子戰(zhàn)。在我國，已經(jīng)把電子信息產(chǎn)業(yè)列為國民經(jīng)濟的支拄性產(chǎn)業(yè)。如今，微電子技術(shù)已 成為衡量一個國家科學技術(shù)進步和綜合國力的重要標志。集成電路(IC)是微電子技術(shù)的核心，是電子工業(yè)的“糧食”。集成電路已發(fā)展到超大 規(guī)模和甚大規(guī)模、深亞微米(0.25|J m)精度和可集成數(shù)百萬晶體管的水平，現(xiàn)在已把整 個電子系統(tǒng)集成在一個芯片上。人們認為：微電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使全球發(fā)生了第三 次工業(yè)革命。1

8、965年，Intel公司創(chuàng)始人之一的董事長Gorden Moore在研究存貯器芯片上晶體管 增長數(shù)的時間關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，每過1824個月，芯片集成度提高一倍。這一關(guān)系被稱為 穆爾定律(Moores Law)，一直沿用至今。 穆爾定律受兩個因素制約，首先是事業(yè)的 限制(business Limitations) 0隨著芯片集成度的提高，生產(chǎn)成本幾乎呈指數(shù)增長。其 次是物理限制(Physical Limitations) o當芯片設(shè)計及工藝進入到原子級時就會出現(xiàn)問 題。DRAM的生產(chǎn)設(shè)備每更新一代，投資費用將增加1.7倍，被稱為V3法則。目前建設(shè) 一條月產(chǎn)5000萬塊16MDRAM的生產(chǎn)線，至少需要1

9、0億美元。據(jù)此，64M位的生產(chǎn)線就 要17億美元，256M位的生產(chǎn)線需要29億美元，1G位生產(chǎn)線需要將近50億美元。至 于物理限制，人們普遍認為，電路線寬達到0.05p m時，制作器件就會碰到嚴重問題。 從集成電路的發(fā)展看，每前進一步，線寬將乘上一個0.7的常數(shù)。即：如果把0.25p m 看作下一代技術(shù)，那么幾年后又一代新產(chǎn)品將達到0.18p m(0.25p mX0.7)，再過幾年 則會達到0.13p m。依次類推，這樣再經(jīng)過兩三代，集成電路即將到達0.05p m。每一 代大約需要經(jīng)過3年左右。微電子技術(shù)應(yīng)用分布圖115如前文中提到的，著名的穆爾.微電子技術(shù)的發(fā)展幾十年來集成電路（ic）技術(shù)一

10、直以極高的速度發(fā)展。（Moore）定則指出，IC的集成度（每個微電子芯片上集成的器件數(shù)），每3年左右為一代， 每代翻兩番。對應(yīng)于IC制作工藝中的特征線寬則每代縮小30%。根據(jù)按比例縮小原理 （Scaling Down Principle），特征線條越窄，IC的工作速度越快，單元功能消耗的功 率越低。所以，IC的每一代發(fā)展不僅使集成度提高，同時也使其性能（速度、功耗、可 靠性等）大大改善。與IC加工精度提高的同時，加工的硅圓片的尺寸卻在不斷增大，生 產(chǎn)硅片的批量也不斷提高。以上這些導(dǎo)致了微電子產(chǎn)品發(fā)展的一種奇妙景觀：在集成度 一代代提高的同時，芯片的性能、功能不斷增強，而價格卻不斷下跌。這一現(xiàn)象

11、的深遠 意義在于，隨著微電子芯片技術(shù)的快速發(fā)展，一切微電子產(chǎn)品（計算機、通信及消費類 產(chǎn)品等）也加速更新、換代；不僅新一代產(chǎn)品性能、功能大大超過前一代，而且價格的 越來越便宜又為電子信息技術(shù)的不斷推進及其迅速推廣應(yīng)用到各個領(lǐng)域創(chuàng)造了條件，導(dǎo) 致了人類信息化社會的到來。由于集成電路柵長度的減小和集成度的增大，因此必須發(fā)展相應(yīng)的制造技術(shù)，即光刻技 術(shù)、氧化和擴散技術(shù)、多層布線技術(shù)和電容器材料技術(shù)。光刻技術(shù)利用波長436nm 光線，形成亞微米尺寸圖形，制造出集成度1M位和4M位的DRAM。i射線（波長365nm） 曝光設(shè)備問世后，可形成半微米尺寸和深亞微米尺寸的圖形，制造出16M位和64M位的 DR

12、AM。目前，采用KrF準分子激光器的光刻設(shè)備已經(jīng)投入實用，可以形成四分之一微米 尺寸的圖形，制造出64M位DRAM。采用波長更短的ArF激光器的光刻設(shè)備，有可能在 21世紀初投入實用。當然，為了實現(xiàn)這一目標，必須開發(fā)出適用的掩膜形成技術(shù)和光 刻膠材料。X射線光刻設(shè)備的研制開發(fā)工作，已經(jīng)進行了相當?shù)臅r間，電子束曝光技術(shù)和3nm真 空紫外線曝光技術(shù)，也在積極開發(fā)之中，哪一種技術(shù)將會率先投入實用并成為下一階段 的主流技術(shù)，現(xiàn)在還難以預(yù)料。蝕刻技術(shù)在高密度集成電路制造過程中，氧化膜、多 晶硅與布線金屬的蝕刻技術(shù)，隨著特征尺寸的不斷縮小將變得越來越困難。顯然，如果 能夠研制出一種可以產(chǎn)生均勻的平面狀高密

13、度等離子源的技術(shù)，就會獲得更為理想的蝕 刻效果。利用CER（電子回旋共振）等離子源或ICP（電感耦合等離子）高密度等離子源，并同特 殊氣體（如HBr等）及靜電卡盤（用于精密溫度控制）技術(shù)相結(jié)合，就可以滿足上述電路蝕 刻工藝的要求。擴散氧化技術(shù)要想以低成本保證晶體的良好質(zhì)量，必須采用外延生長 技術(shù)。其理由是，同在晶體制作上下工夫保證質(zhì)量所需要花費的成本相比，外延生長技 術(shù)的成本低得多。離子注入的技術(shù)水平已經(jīng)有很大提高，可以將MeV(兆電子伏特)的高能量離子注入到 晶體內(nèi)部達幾微米深度。迄今采用的氣體擴散法，需要在高溫中長時間地擴散雜質(zhì)才能 形成擴散層。而現(xiàn)在，利用離子注入技術(shù)，可以分別地將雜質(zhì)注

14、入到任意位置，再經(jīng)一 次低溫熱處理，就可以獲得同樣的結(jié)果。同時，低能量離子注入技術(shù)也取得很大進展，可以形成深度小于0.1m的淺擴散層， 而且精度相當高。另外，斜方向離子注入技術(shù)也大有進展，可以在任何位置注入雜質(zhì)， 從而可以在低溫條件下按照設(shè)計要求，完成決定晶體管性能的雜質(zhì)擴散工序作業(yè)。用固 相擴散法制造源漏極淺結(jié)極為有效，已經(jīng)獲得35nm的淺結(jié)。多層布線技術(shù)把電阻小于鋁的銅，作為下一代布線材料正在引起人們的關(guān)注。美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會 (SIA) 已經(jīng)將“以銅代替鋁”列入其發(fā)展規(guī)劃，并制定出相應(yīng)的目標和技術(shù)標準。銅布 線采用鑲嵌方法制作，并利用CMP(化學機械拋光)技術(shù)進行研磨，布線形成則使用半導(dǎo)

15、 體級電鍍技術(shù)。銅容易在絕緣膜中擴散，所以，在采用銅布線時，需要同時采用能夠防 止銅擴散的勢壘金屬技術(shù)。用離子束噴射法替代常用的真空濺射法，將金屬噴射到硅圓片表面，這種方法使硅圓 片不需要金屬化的一側(cè)帶負電荷，然后讓金屬離子帶正電荷，在負電荷吸引下，金屬粒 子沉積在硅圓片表面，形成十分均勻的金屬薄膜。預(yù)計離子噴射法三年后可達到實用。 在高速電路的布線中，必須同時形成低介電系數(shù)的層間膜。氧化膜的介電系數(shù)為4.0， 添加氟(F)的氧化膜，其介電系數(shù)現(xiàn)在可以達到3.6,利用高密度等離子CVD(化學氣相 淀積)技術(shù)可制作含氟的氧化膜。電容器材料隨著DRAM集成度的提高，電容器材料一 一氧化膜的厚度變得

16、越來越薄。進入90年代以來，氮化硅膜技術(shù)不斷改進，并改用立 體的電容器結(jié)構(gòu)，以確保所必需的電容值。但是，這種技術(shù)似乎已經(jīng)接近其極限，今后 有可能采用迄今沒有用過的新材料，如氧化鉭膜(Ta2O5)和高電容率材料(BST)等。中國微特電機行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢微特電機使用量口信息處理機器31%口視聽設(shè)備17%口汽車用微特電機26%口家用電器2 3%工業(yè)機械和機器人、機械、醫(yī)芳等3%POCEMAA中國電子元件行業(yè)協(xié)會budtnUAA微特電機與組件分會MEMS INDIJSTAIAUZAYIOM STRATEGY & SCENARIOThe evolution of MEMS enables us to

17、solve various kind of social needsSFmsBcolmMUJ2nd StagQ :MutliTundton devices-MlriiAlurbZdHoh -High performance 出reltabllHyXTechnnloaw/j Energy440bjHicn Yen. ”05ist Stage :Home1.2TriNionYcn. TQOthersMtdicaJ CmAulomobbft7tEvtrtion ol MEMSby Threw Dimensional f Jbrtcation TechnologyCpmbinedl with Nanu

18、-felaled functionsNowSlnle-fufidion MEMS d取devict&beirwi tfevtloped Pr tssure Sen sorb Acul eronwtei.明訓出珈U rnic rom achm4ng Scaruier, InkJet Headand mlconductor process氣 Bulk-mlcr。machining, Surface rnicromachinlng200520 152050四.微電子技術(shù)在未來輕兵器上的應(yīng)用當今世界，高新技術(shù)的浪潮推動著世紀戰(zhàn)車，正飛速駛?cè)胍粋€全新的時代。各類傳 統(tǒng)觀念上的兵器在高技術(shù)的洗禮下，都產(chǎn)生了革命性的變化。在諸多高技術(shù)中，雄踞榜 首的是微電子技術(shù)。微電子技術(shù)是使電子元器件和由它組成的電子設(shè)備微型化的技術(shù)， 其核心是集成電路技術(shù)。先進的微電子技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用打破了千百年形成 的武器裝備唯大、唯多和大規(guī)模破壞等傳統(tǒng)觀念，使武器系