微电子技术发展现状及未来的认识和看法
摘要：本文通过对半导体材料、微电子器件及集成电路技术近几年取得的重要成果进行的充分调研，介绍当下微电子的各项新成果。

在此基础之上，充分阐述了微电子发展的现状，并对微电子的未来的发展方向给予一些见解。

关键字：微电子半导体
半导体材料是指电阻率在10-3~108Ωcm，介于金属和绝缘体之间的材料。

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。

超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。

1 半导体材料、微电子器件及集成电路技术近几年取得的重要成果及发展的现状。

1、1我国国微电子产业简介
我国硅晶片生产企业主要有北京有研硅股、浙大海纳公司、洛阳单晶硅厂、上海晶华电子、浙江硅峰电子公司和河北宁晋单晶硅基地等。

有研硅股在大直径硅单晶的研制方面一直居国内领先地位，先后研制出我国第一根6英寸、8英寸和12英寸硅单晶，单晶硅在国内市场占有率为40%。

2000年建成国内第一条可满足0.25μm线宽集成电路要求的8英寸硅单晶抛光片生产线;在北京市林河工业开发区建设了区熔硅单晶生产基地，一期工程计划投资1.8亿元，年产25t 区熔硅和40t重掺砷硅单晶，计划2003年6月底完工;同时承担了投资达1.25亿元的863项目重中之重课题——“12英寸硅单晶抛光片的研制”。

浙大海纳主要从事单晶硅、半导体器件的开发、制造及自动化控制系统和仪器仪表开发，近几年实现了高成长性的高速发展。

自1965 年，我国研制出第一块双极型集成电路以来，经过40 多年的发展，我国集成电路产业目前已初步形成了设计业、芯片制造业及封装测试业三业并举、比较协调的发展格
局，并将持续保持良好的发展势头。

我国微电子产业处在高速发展阶段我国现已成为世界电子产品生产大国，数字电视、3G 等电子产品未来几年内将进入高速发展阶段。

据信息产业部预计，2007 年－2011 年这 5 年间，中国集成电路产业销售收入的年均复合增长率将达到27.7%。

到2011年，中国集成电路产业销售收入将突破3000亿元，达到3415.44 亿元。

届时中国将成为世界重要的集成电路制造基地之一。

1、2 我国微电子产业取得的主要成就
（1）超深亚微米集成技术研究逐渐接近国际先进水平。

由于多方面的原因，我国在这一领域的研究工作长期处于劣势，不能与国际先进水平相提并论。

在“863”等项目的支持下，清华、北大、中科院微电子所和半导体所等微电子基础条件较好的单位率先开展了面向超深亚微米集成技术的研究，在新型器件结构
和器件模型等方面的研究取得了一定的进展（详见王阳元，黄如等，《面向产业需求的21世纪微电子技术的发展》）；中科院微电子所在国内首次完成了亚30nmCMOS器件及关键工艺技术研究，研制完成27nmCMOS器件，在指标方面已与国际先进研究成果具有同步性，为我国微电子向亚50nm集成技术的发展奠定了技术基础。

（2）集成电路设计水平提高，规模增大。

经过近几年的发展，芯片设计水平明显提高，目前我国自主设计的芯片产品已涉及CPU、数字信号处理器、高档IC卡、数字电视和多媒体、3G手机以及信息安全等六大领域。

IC设计水平达到0.13μm，具有自主知识产权的核心芯片的开发及其产业化也取得了可观的突破。

逐渐从以往的“低端模仿”走向以技术创新为主的“高端替代”。

在这方面中星微电子公司比较有代表性，该公司在其计算机图像输入芯片中首次采用了自主创新的电路结构，明显降低了产品功耗，目前该系列芯片已经占据了全球一半以上的市场份额，中星微电子的手机音视频芯片也被三星、波导和联想等众多手机制造商采用，正是在技术上的领先打破了飞利浦等海外巨头的技术垄断，使“中国制造”的芯片产品走向了国际市场。

目前我国专门从事IC设计的公司现在已达到500多家，其中有四家上市公司，从业人员2万多人，这说明我国已经具备了开展IC设计的基本软硬件环境，再集中精力发展几年，是有希望赶上世界先进水平的。

（3）微电子材料和基础制造设备研究进步明显。

在微电子单晶材料的制造设备方面，达到了国内主流工艺水平的要求，接近国际先进水平；第三代宽禁带化合物半导体材料的研究与国际先进水平基本保持同步；微电子关键制造设备的研究取得了突破性的进展。

2 微电子行业未来发展趋势
几十年来集成电路(IC)技术一直以极高的速度发展。

如前文中提到的，著名的穆尔(Moore)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每代缩小30％。

根据按比例缩小原理(Scaling Down Principle)，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，IC的每一代发展不仅使集成度提高，同时也使其性能(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、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，而且价格的越来越便宜又为电子信息技术的不断推进及其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。

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。

2.1 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64M位的DRAM。

目前，采用KrF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位DRAM。

采用波长更短的ArF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。

2.2 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)高密度等离子源，并同特殊气体(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。

2.3 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很大进展，可以形成深度小于0.1μm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漏极浅结极为有效，已经获得35nm的浅结。

综上所述，微电子行业在未来的发展必将向更小的方向发展，未来的发展方向将具备以下特点：
（1）、继续增大晶圆尺寸和缩小特征尺寸。

（2）、集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC)。

（3）、可编程器件可能取代专用集成电路（ASIC）。

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