微电子技术的发展历史与前景展望.doc

微电子技术的发展历史与前景展望姓名：张海洋 班级：12电本一 学号：1250720044 摘要：微电子是影响一个国家发展的重要因素,在国家的经济发展中占有举足轻重的地位，本文简要介绍微电子的发展史，并且从光刻技术、氧化和扩散技术、多层布线技术和电容器材料技术等技术对微电子技术做前景展望。关键词：微电子 晶体管 集成电路 半导体。微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、电路及系统的电子学分支，它主要研究电子或粒子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。微电子产业是基础性产业，是信息产业的核心技术，它之所以发展得如此之快，除了技术本身对国民经济的巨大贡献之外，还与它极强的渗透性有关。微电子学兴起在现代，在1883年，爱迪生把一根钢丝电极封入灯泡，靠近灯丝，发现碳丝加热后，铜丝上有微弱的电流通过，这就是所谓的“爱迪生效应”。电子的发现，证实“爱迪生效应”是热电子发射效应。英国另一位科学家弗莱明首先看到了它的实用价值，1904年，他进一步发现，有热电极和冷电极两个电极的真空管，对于从空气中传来的交变无线电波具有“检波器”的作用，他把这种管子称为“热离子管”，并在英国取得了专利。这就是“二极真空电子管”。自此，晶体管就有了一个雏形。在1947年，临近圣诞节的时候，在贝尔实验室内，一个半导体材料与一个弯支架被堆放在了一起，世界上第一个晶体管就诞生了，由于晶体管有着比电子管更好的性能，所以在此后的10年内，晶体管飞速发展。1958年，德州仪器的工程师Jack Kilby将三种电子元件结合到一片小小的硅片上，制出了世界上第一个集成电路（IC）。到1959年，就有人尝试着使用硅来制造集成电路，这个时期，实用硅平面IC制造飞速发展.。第二年，也是在贝尔实验室，D. Kahng和 Martin Atalla发明了MOSFET，因为MOSFET制造成本低廉与使用面积较小、高整合度的特点，集成电路可以变得很小。至此，微电子学已经发展到了一定的高度。然后就是在1965年，摩尔对集成电路做出了一个大胆的预测：集成电路的芯片集成度将以四年翻两番，而成本却成比例的递减。在当时，这种预测看起来是不可思议，但是现在事实证明，摩尔的预测诗完全正确的。接下来，就是Intel制造出了一系列的CPU芯片，将我们完全的带入了信息时代。由上面我们可以看出，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。时至今日，微电子技术变得更加重要，无论是在航天航空技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机技术、网络技术或家用电器产业，都离不开微电子技术的发展。甚至是在现代战争中，微电子技术也是随处可见。在我国，已经把电子信息产业列为国民经济的支拄性产业，微电子信息技术在我国也正受到越来越多的关注，其重要性也不言而喻，如今，微电子技术已成为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志，微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。我们都知道，微电子技术还可以发展到我们无可想象的地步。但是微电子技术想要发展，集成电路的发展是不可少的。集成电路(IC)是微电子技术的核心，是电子工业的“粮食”。 即使集成电路已发展到超大规模和甚大规模、深亚微米(0.25m)精度和可集成数百万晶体管的水平，把整个电子系统集成在一个芯片上。但这还不是发展的终点，在未来人们任然可以对其做出改进。可集成电路想要发展，首先就是要在材料上面做出突破。下面我就从光刻技术、多层布线技术和电容器材料技术等技术对微电子技术做前景展望。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、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。3、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，需要同时采用能够防止铜扩散的势垒金属技术。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。4、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，氮化硅膜技术不断改进，并改用立体的电容器结构，以确保所必需的电容值。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(Ta2O5)和高电容率材料(BST)等。微电子技术与其它学科 微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统的设计、测试等多方面的内容；涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试和加工、图论、化学等多个领域。 微电子学渗透性强，其他学科结合产生出了一系列新的交叉学科。微机电系统、生物芯片就是这方面的代表，是近年来发展起来的具有广阔应用前景的新技术。 微电子学技术已经渗透到各个方面，随着科技的发展，其对各个学科的影响也会愈加深远，微电子学的发展也会更大的推动社会的发展。总结： 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出更高的发展要求，微电子技术仍将继续是21世纪若干年代中最为重要的和最有活力的高科技领域之一，微电子技术的发展也必将对整个社会的发展产生深远的影响。 参考文献：1.李衍达、李志坚、张钹、孙家广、吴澄、冯正和、林闯、管晓宏。信息科学技术概论。清华大学出版社