集成电路制造技术发展趋势
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集成电路制造技术发展趋势
集成电路设计是集成电路研制中的一个重要环节。由于集成电
路产品是所有技术的最终载体,是一切研究成果的最终体现,是检验技
术转化为生产力的最终标志,所以,产品是纲,技术是目,必须以两个核
心产品为龙头,带动两组产品群的开发。利用CPIJ技术开发与之相关
的MPU(微处理器)、MCU(微控制器)、DSP(数字信号处理器)等系列产
品;利用3C芯片组的技术开发与之相关的DVD、HDTV、数码相机、
数码音响等专用集成电路系列产品。因此,未来一段时期,我国应该开
发研究以下关键技术。
(1)亚100纳米可重构SoC创新开发平台与设计工具研究。当前,
集成电路加工已进入亚100纳米阶段,与其对应的设计工具尚无成熟
产品推向市场,而我国EDA工具产品虽与世界先进水平存有较大差距,
但也具备了20多年的技术储备和经验积累,开发亚100纳米可重构
SoC创新开发平台与设计工具是实现我国集成电路产业跨越式发展的
重要机遇。
(2)SoC设计平台与SIP重用技术。基于平台的SoC设计技术和硅知
识产权(SIP)的重用技术是SoC产品开发的核心技术,是未来世界集成电
路技术的制高点。
(3)新兴及热门集成电路产品开发。项目主要内容包括:64位通用
CPU以及相关产品群、3C多功能融合的移动终端芯片组开发(802.11协
议)、网络通信产品开发、数字信息产品开发、平面显示器配套集成
电路开发等。
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(4)10纳米1012赫兹CMOS研究。项目的研究对象为特征宽度为
10nm的CMOS器件,主要内容有:Silicon on Insulator(SOI)技术、双栅介质
结构(Double Gate Structure)技术、应变硅衬底(Strained Si)技术、高介
电常数栅介质技术(High-k)、金属电极技术(Metal Gate)、超浅结形成
技术(Ultra Shallow Junction)、低介电常数介质材料(low-K)的选择、制
备及集成、铜互联技术的完善、CMP技术、清洗技术等。
(5)12英寸90/65纳米微型生产线。项目主要内容有:等离子体氮
化栅SiON薄膜(等效膜厚<1.5nm)的形成工艺;Hf02、Zr02等新型高介
电常数(high-K)棚介质的制备方法、high-K/Si界面质量控制、high-K栅
介质的稳定性和可靠性,探索金属栅新结构的制备工艺,获得适用于
65nm CMOS制造的新型栅叠层(gate stack)结构技术;超浅结形成技
术、Co-Ni系自对准金属硅化物接触互连技术结合Si/SiGe选择外延技术,
探索提升源漏新结构的制备方法、形成超低接触电阻率金半接触体系,
获得适用于纳米CMOS制造的新型超浅结和自对准金属硅化物技术;
多晶SiGe电极的形成方位,获得低耗尽多晶栅电极、低阻抗的栅电极形
成技术;研究铜/低介电常数介质(Cu/low-K)制备方法、low-K的稳定性
及可加工性、Cu/low-K界面可靠性和质量控制,获得适用于纳米CMOS
器件的后端互连技术等。
(6)高密度集成电路封装的工业化技术。项目主要内容包括:系统
集成封装技术、50微米以下的超薄背面减薄技术、圆片级封装技术、
无铅化产品技术等。
(7)SoC关键测试技术研究。项目主要内容包括:通过5~10年,在国
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内建立若干个支持千万门级、1GHz、1024Pin的SoC设计验证平台和生
产测试平台;SoC设计一测试自动链接技术研究;DFT的测试实现和相
关工具开发;高频、高精度测试适配器自主设计技术g测试程序设计
方法及建库技术;关键测试技术研究;SoC产业化测试关键技术研究
等。
(8)直径450mm硅单晶及抛光片制备技术。根据国际半导体发展
指南预测,直径450mm硅单晶及抛光片将有可能在2016年左右投入应
用,成为30Omm之后大规模应用的硅片。预计届时DRAM的线宽将达到
22nm,对硅抛光片的质量将达到前所未有的高度,比如,硅片的局部平
整度要≤22nm,每片大于11nm的表面颗粒≤95个,晶体缺陷(氧化层错)
密度≤0.2个/cm2。
(9)应变硅材料制备技术。应变硅的电子和空穴迁移率明显高于普
通的无应变硅材料,其中以电子迁移率提高尤为明显。以Si0.8Ge0.2层
上的应变硅为例,其电子迁移率可以提高50%以上,这大大提高了
NMOS器件的性能,对高速高频器件来说有至关重要的作用。
众所周知,在集成电路设计的发展初期,集成电路设计的发展都
会从器件的物理版图的设计方面入手,到后来就逐渐出现了集成电路
设计的单元库形式,这样就使得集成电路从器件级直接进入了逻辑
级,这样的设计发展思路就使得大批电路设计和逻辑设计师直接参与
集成电路设计,极大程度地推动了IC产业的迅速发展,但是在现实
生后中集成电路只是一种半成品产品,集成电路只有装入装机的系统
才会发挥它应有的作用。IC芯片是通过了印刷电路板等技术发展来
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实现的整机系统。尽管IC产业的发展速度可以很高、功耗可能会很
小,但是由于PCB板中IC芯片间连线延时、PCB板的可靠性和重量
等一系列因素的限制、整机系统的不同性能可能会受到很大程度的限
制,但是随着整机系统不断的向高速度和低功耗、低电压和多媒体技
术、网络化技术、移动化技术的发展,系统对电路发展的要求也越来
越严格,传统的集成电路设计技术已经越来越无法满足性能的日益提
高整机系统的不断要求。于此同时,IC设计技术和工艺水平的不断
提高,集成电路设计的规模也发展的越来越大,其发展的复杂程度也
变得越来越高深,这样就可以将整个的集成电路系统集成为一个芯
片。在目前的工艺中,科技的发展已经可以在一个芯片上复杂的集成
10^8到10^9个晶体管。随着微电子技术制造技术的日益发展,未来
21世纪的微电子技术的发展将会逐渐的从现在的3G应用时代发展为
3T应用时代。
于此同时,集成系统与集成电路的设计思想是有所区别的,集成
系统是微电子设计领域的一场革命。集成系统与集成电路发展的关系
与此前集成电路与分立器件的关系变得相似,集成电路系统对微电子
技术的推动可以说不亚于自20世纪50年代末社会中快速发展的集成
电路发展技术。
集成系统技术的发展依靠的是工艺中非常宽的背景,现实中一个
人或几个人包打天下的可能性现在已经变得很小。如果在IP模块设
计中要更多体现的包括功能、行为、算法、架构以及思路和构想等一
系列系统背景。
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在日益迅速发展的科技时代,集成电路系统将会是21世纪初微
电子技术发展的重点,同时也将是信息技术发展的必然结果。应用是
集成电路产业链中不可或缺的重要环节,是集成电路最终进入消费者
手中的必经之途。除众所周知的计算机、通信、网络、消费类产品的
应用外,集成电路正在不断开拓新的应用领域。诸如微机电系统,微
光机电系统、生物芯片(如DNA芯片)、超导等,这些创新的应用领域
正在形成新的产业增长点。