微电子技术发展趋势及未来发展展1解读

1、微电子技术发展趋势及未来发展展望 重庆师范大学物理与电子工程学院 2010 级电子信息科学与技术 指导老师：吴明华 20100516012 秦东 摘要：本文是微电子技术的发展趋势及未来发展展望 关键词：微电子技术；电子前沿；穆尔定律等 论文概要： 本文介绍了穆尔定律及相关内容，并阐述对微电子技术发展趋势的展望针对 日前世界局势紧张，战争不断的状况，本文在最后浅析了微电子技术在未来轻兵器 上的应用.由于这是我第一次写正式论文，恳请老师及时指出文中的错误，以便我 及时改正 一、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，是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

2、技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机 技 术、网络技术及家用电器产业的迅猛发展。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。在我国，已经把电子信息产业列为国民经济的支柱性产 业。如今，微电子技术已经成为衡量一个国家科学进步和综合国力 的重要标志。 集成电路（IC 是微电子技术的核心，是电子工业的 粮食”。集成电路已发展 到 超大规模和甚大规模、深亚微米（0。25 微米精度和可集成数百乭晶体管的水平，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, I ntel 公司创始人之一的董事长在研究存贮器芯片上晶

3、体管增长数的 时间关系时发现，每过 1824 个月，芯片集成度提高一倍。这一关系被称为穆 尔定律, 一直沿用至今。 穆尔定律受两个因素制约，首先是事业的限制。随着芯片集成度的提高，生产成 本几乎呈指数增长。其次是物理限制。当芯片设计及工艺进入到原子级时就 会出 现问题。 DRAM 的生产设备每更新一代,投资费用将增加 1。7 倍,被称为 V3 法则。目 前建设一条月产 5000 万块 16MDRAM 的生产线，至少需要 10 亿美元。据此,64M 位的生产线就要 17 亿美元,256M 位的生产线需要 29 亿美元，1G 位生产线需要将 近 50 亿美元。 至于物理限制，人们普遍认为，电路线宽

4、达到 0。05 微米时,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 0o 7 的常数。即：如果把 0。25 微米看作下一代技术，那么几年后又一代新产品将达到 0o 18 微米（0。 25 微米乘 0o 7，再过几年则会达到 0o 13 微米。依次类推,这样再经过两三 代, 集成电路即将到达 0o 05 微米。每一代大约需要 3 年左右。 二、微电子技术的发展趋势 几十年来集成电路技术一直以极高的速度发展。如前文中提到的，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 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

5、每代缩小 30%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以，1c 的每一代 发展不仅使集成度提高，同时也使性能（速度、功耗、可靠性等大大改善。与 ic 加工精度提高的同时，加工的硅圆片的尺寸却在不断增大，生产硅片的批量也不断 提高。以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、功能不断增强。而价格却不断下跌。这一现象的深远童话在于， 随着微电子芯片技术的快速发展，一切微电子产品（计算机、通信及消费类产品等也 加速更新、换代：不仅新一代产品性能、 功能大大超过前一代，而且价格又为电子信 息技术的不断推进及其迅速推广

6、应用各个领域创造了条件，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，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、多层布线技术和电容器材料技术。 1 光刻技术 利用波长 436nm光线，形成亚微米尺寸图形，制造出集成度 1M位和 4M位的 DRAM。I 射线（波长 365nm 曝光设备问世后，可形成半微米尺寸和深亚微米尺寸 的图形,制造出16M 位和 64MR 位的 DRAM。 目前，采用 KrF 准分子激光器的光刻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，制造出 64M 和 16M 位的 DRAM。采用波长更 短 的 ArF

7、激光器的光刻设备，有可能在 21 世纪初投入实用。当然，为了实现这一目 标，必须开发出适用的掩膜形成技术和光刻胶材料。 X 射线光刻设备的研制开发工作，已经进行了相当 的时间，电子束曝光技术和 3nm真空紫外线曝光技术，也在积极开发之中，哪一种技术将会率先投入实用 并成为 下一阶段的主流技术，现在还难以预料。 2. 蚀刻技术 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。利用 CER （电子回旋 共振等离子源或 ICP （电感耦合等离子高密

8、度等离子源，并用特殊气体（如 HBR 等及 静电卡盘（用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。 3. 扩散氧化技术 要想以低成本保证晶体的良好质量，必须采用外延生长技术。其理由是，同在晶 体制作上下工夫保证质量所需要花费的成本相比，外延生长技术的成本低得 多。 离子注入的技术水平已经有很大提高，可以将 MeV （兆电子伏特的高能量离子 注入到晶体内部达几微米深度。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。而现在，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，就可以获得同样的结果。 同时，低能量离子注入技术也取得了很

9、大进展，可以形成深度小于 0。1 微米的 浅扩散层，而且精度相当高。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，从而可以在低温条件下按照设计要求，完成决定晶体管性能的杂质扩散工 序作业。用固相扩散法制造源极浅结极为有效，已经获得 35nm 的浅结。 4 多层布线技术 把电阻小于铝的铜，作为下一代布线材料正在引起人们的关注。美国半导体工 业协会（SIA 已经将 以铜代替铝”列入其发展规划，并制定出相应的目标和 技术标 准。铜布线采用镶嵌方法制作，并利用 CMP （化学机械抛光技术进行 研磨，布线形成 则使用半导体级电镀技术。铜容易在绝缘膜中扩散，所以，在采用铜布线时，需要同时

10、采用能够防止能够防止铜扩散势垒金属技术。 用离子束喷射法替代常用的真空溅射法，将金属喷射到硅圆片表面，这种方法 使 硅圆片不需要金属化的一侧带负电荷，然后让金属离子带正电荷，在负电荷 吸引下，金 属粒子沉积在硅圆片表面，形成十分均匀的金属薄膜。预计离子喷射法三年后可达 到实用。 在高速电路的布线中，必须同时形成低介电系数的层间膜。氧化膜的介电系数 为 4。0,添加氟（F 的氧化膜，其介电系数现在可以达到 3。6,利用高密度等离子 CVD （化学气相淀积技术可制作含氟的氧化膜。 5.电容器材料 随着 DRAM 集成度的提高，电容器材料氧化膜的厚度变得越来越薄。进 入 90年代以来,氮化硅膜技术不

11、断改进,并改用立体的电容器结构,以确保所必需 的电容会值。但是，这种技术似乎已经接近其极限，今后有可能采用迄今没有用过的 新材料，如氧化钽膜(Ta205 和高电容率材料 Z (BST 等。 三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，正飞速驶入一个全新的时代。各类 传统观念上的兵器在高新技术的洗礼下，都产生了革命性的变化。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。先进的微电子技术在军事领域中的广泛应用于打破了千百年形成 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

12、而轻，功耗可靠性高，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、 陆、空各军兵种的配合与联络，靠的都是微电子技术。微电 子技术在轻武器中的应 用方兴未艾，有许多应用在研制中，如数字地图计划：为提供士兵所需要的一切信息， 可把天气数据、情报、情报、敌友军的位置、 空中成像等一切信息融合到一起，以 数字方式存储，并通过无线计算机网络送到任何需要的地方，甚至是前线。若将这种 数字地图直接接入武器，不仅可以大大提高武器的精度，而且能使后勤得到可靠保 障。随着光学、电子、材料、 机械等各方面技术的发展，微电子技术必将广泛地应 用于轻武器，发挥更大的作用。 小结： 21 世纪人类将全面进入信息化社会，对微电子信息技术将不断提