微電子技術(shù)的發(fā)展歷史與前景展望

編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:微電子技術(shù)的發(fā)展歷史與前景展望姓名：張海洋班級：12電本一學(xué)號：1250720044摘要：微電子是影響一個國家發(fā)展的重要因素,在國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位，本文簡要介紹微電子的發(fā)展史，并且從光刻技術(shù)、氧化和擴(kuò)散技術(shù)、多層布線技術(shù)和電容器材料技術(shù)等技術(shù)對微電子技術(shù)做前景展望。關(guān)鍵詞：微電子晶體管集成電路半導(dǎo)體。微電子學(xué)是研究在固體（主要是半導(dǎo)體）材料上構(gòu)成的微小型化電路、電路及系統(tǒng)的電子學(xué)分支，它主要研究電子或粒子在固體材料中的運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用，并利用它實現(xiàn)信號處理功能的科學(xué)，以實現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實用性強(qiáng)。微電子產(chǎn)業(yè)是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，是信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，它之所以發(fā)展得如此之快，除了技術(shù)本身對國民經(jīng)濟(jì)的巨大貢獻(xiàn)之外，還與它極強(qiáng)的滲透性有關(guān)。微電子學(xué)興起在現(xiàn)代，在1883年，愛迪生把一根鋼絲電極封入燈泡，靠近燈絲，發(fā)現(xiàn)碳絲加熱后，銅絲上有微弱的電流通過，這就是所謂的“愛迪生效應(yīng)”。電子的發(fā)現(xiàn)，證實“愛迪生效應(yīng)”是熱電子發(fā)射效應(yīng)。英國另一位科學(xué)家弗萊明首先看到了它的實用價值，1904年，他進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，有熱電極和冷電極兩個電極的真空管，對于從空氣中傳來的交變無線電波具有“檢波器”的作用，他把這種管子稱為“熱離子管”，并在英國取得了專利。這就是“二極真空電子管”。自此，晶體管就有了一個雛形。在1947年，臨近圣誕節(jié)的時候，在貝爾實驗室內(nèi)，一個半導(dǎo)體材料與一個彎支架被堆放在了一起，世界上第一個晶體管就誕生了，由于晶體管有著比電子管更好的性能，所以在此后的10年內(nèi)，晶體管飛速發(fā)展。1958年，德州儀器的工程師JackKilby將三種電子元件結(jié)合到一片小小的硅片上，制出了世界上第一個集成電路（IC）。到1959年，就有人嘗試著使用硅來制造集成電路，這個時期，實用硅平面IC制造飛速發(fā)展.。第二年，也是在貝爾實驗室，D.Kahng和MartinAtalla發(fā)明了MOSFET，因為MOSFET制造成本低廉與使用面積較小、高整合度的特點(diǎn)，集成電路可以變得很小。至此，微電子學(xué)已經(jīng)發(fā)展到了一定的高度。然后就是在1965年，摩爾對集成電路做出了一個大膽的預(yù)測：集成電路的芯片集成度將以四年翻兩番，而成本卻成比例的遞減。在當(dāng)時，這種預(yù)測看起來是不可思議，但是現(xiàn)在事實證明，摩爾的預(yù)測詩完全正確的。接下來，就是Intel制造出了一系列的CPU芯片，將我們完全的帶入了信息時代。由上面我們可以看出，微電子技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展最快的技術(shù)之一，是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和心臟。時至今日，微電子技術(shù)變得更加重要，無論是在航天航空技術(shù)、遙測傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或家用電器產(chǎn)業(yè)，都離不開微電子技術(shù)的發(fā)展。甚至是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，微電子技術(shù)也是隨處可見。在我國，已經(jīng)把電子信息產(chǎn)業(yè)列為國民經(jīng)濟(jì)的支拄性產(chǎn)業(yè)，微電子信息技術(shù)在我國也正受到越來越多的關(guān)注，其重要性也不言而喻，如今，微電子技術(shù)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和綜合國力的重要標(biāo)志，微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模是一個國家經(jīng)濟(jì)實力的重要標(biāo)志。我們都知道，微電子技術(shù)還可以發(fā)展到我們無可想象的地步。但是微電子技術(shù)想要發(fā)展，集成電路的發(fā)展是不可少的。集成電路(IC)是微電子技術(shù)的核心，是電子工業(yè)的“糧食”。即使集成電路已發(fā)展到超大規(guī)模和甚大規(guī)模、深亞微米(0.25μm)精度和可集成數(shù)百萬晶體管的水平，把整個電子系統(tǒng)集成在一個芯片上。但這還不是發(fā)展的終點(diǎn)，在未來人們?nèi)稳豢梢詫ζ渥龀龈倪M(jìn)?？杉呻娐废胍l(fā)展，首先就是要在材料上面做出突破。下面我就從光刻技術(shù)、多層布線技術(shù)和電容器材料技術(shù)等技術(shù)對微電子技術(shù)做前景展望。1、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DRAM。目前，采用KrF準(zhǔn)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(jì)初投入實用。當(dāng)然，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，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(jìn)行了相當(dāng)?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。2、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。3、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(biāo)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。銅布線采用鑲嵌方法制作，并利用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)技術(shù)進(jìn)行研磨，布線形成則使用半導(dǎo)體級電鍍技術(shù)。銅容易在絕緣膜中擴(kuò)散，所以，在采用銅布線時，需要同時采用能夠防止銅擴(kuò)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(fù)電荷，然后讓金屬離子帶正電荷，在負(fù)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(dá)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(dá)到3.6，利用高密度等離子CVD(化學(xué)氣相淀積)技術(shù)可制作含氟的氧化膜。4、電容器材料：隨著DRAM集成度的提高，電容器材料——氧化膜的厚度變得越來越薄。進(jìn)入90年代以來，氮化硅膜技術(shù)不斷改進(jìn)，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。微電子技術(shù)與其它學(xué)科微電子學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科，其中包括了半導(dǎo)體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設(shè)計、測試等多方面的內(nèi)容；涉及了固體物理學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線路、信號處理、計算機(jī)輔助設(shè)計、測試和加工、圖論、化學(xué)等多個領(lǐng)域。微電子學(xué)滲透性強(qiáng)，其他學(xué)科結(jié)合產(chǎn)生出了一系列新的交叉學(xué)科。微機(jī)電系統(tǒng)、生物芯片就是這方面的代表，是近年來發(fā)展起來的具有廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)。微電子學(xué)技術(shù)已經(jīng)滲透到各個方面，隨著科技的發(fā)展，其對各個學(xué)科的影響也會愈加深遠(yuǎn)，微電子學(xué)的發(fā)展也會更大的推動社會的發(fā)展?？偨Y(jié)：21世紀(jì)人類將全面進(jìn)入信息化社會，對微電子信息技術(shù)將不斷提出更高的發(fā)展要求，微電子技術(shù)仍將繼續(xù)是21世紀(jì)若干年代中最為重要的和最有活力的高科技領(lǐng)域之一，微電子技術(shù)的發(fā)展也必將對整個社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。參考文獻(xiàn)：[1].李衍達(dá)、李志堅、張鈸、孫家廣、吳澄、馮正和、林闖、管曉宏。信息科學(xué)技術(shù)概論。清華大學(xué)出版社。2005年11月1版[