【《集成电路技术进展综述》2300字】

集成电路最新技术进展综述目录TOC\o"1-3"\h\u31500集成电路最新技术进展综述 174101.1集成电路新工艺的发展 1127051.2集成电路设计新发展 3245461.3集成电路封装技术新发展 41.1集成电路新工艺的发展“摩尔定律”指的是集成电路上晶体管的数量每18个月会增加一倍，此定律已经服务于集成电路产业60年至今。依据与“摩尔定律”带来的红利，集成电路产业的上下游生态维持的很好。目前的CMOS管尺寸已经达到了惊人的7nm，未来还会继续推进着特征尺寸像5nm、3nm发展。但是，经过众多领域专家、业内人士的研究，在未来，“摩尔定律”将会失效，这也使得目前的集成电路产业必须主动寻求技术创新，在材料、器件、设计、封装方面不断开展研究，力求集成电路在后摩尔时代依旧满足“更低的成本、更小的面积、更高的性能”集成电路一般通过淀积、光刻、离子注入等方式来制造，其制造多达数百道工序，其中每一道工序都需要许多种工艺材料的支撑，因此，新材料的发现和应用对集成电路来说无比重要。下图3展示了集成电路工艺材料的发展趋势。从中可以看出，1970年代，工艺材料的应用数量还比较少，但发展至2010年后，工艺材料的数量已有数十种。新材料对于集成电路的工艺发展还体现于在180nm的工艺中，用硅化物材料COSi2代替TISi2；在130nm工艺中用Cu布线代替Al布线，以达到降低延迟的目的；在90nm工艺中更多的采用NiSi,提高沟道性能，45nm中，引入高k栅介质来降低沟道漏电，这些案例都反映了新材料对于集成电路工艺的发展。目前，对于CMOS集成电路功能材料的研究主要包含三类：一是逻辑器件材料（主要为栅材料、衬底材料、源漏材料等），二是存储器件材料，三是互联材料。其中，最广泛使用的是逻辑器件材料。，成本大幅提高。对于逻辑器件，其发展难点表现在随着工艺尺寸的不断缩小，晶体管沟道长度也越来越小，栅氧化层厚度也不断减薄，为了增强栅控制能力，工艺上采用高k栅介质材料，能与Si沟道形成良好的界面、与Si的能带匹配好等优点。总而言之，新材料的发现与使用对于集成电路工艺的提升发展至关重要。图3集成电路工艺材料的发展趋势从器件结构来看，栅氧化层厚度以减薄至其物理极限，已经不足以维持MOS器件栅控能力。即使采用高k介质材料，对于22nm以下的工艺也无能为力。于是，FinFET器件横空出世。FinFET（鳍式场效应晶体管）是一种全新的互补式金属氧（CMOS）晶体管，因其形状与鱼鳍相似，故用此名。其来源于传统标准的场效应晶体管（FET），主要应用于类似20nm、14nm等小尺寸IC电路的制作，与传统的CMOS晶体管相比，FinFET器件会带来更好的集成度和器件优势等。但也存在发热更加严重、工艺扰动更大、成本高等问题。为了推进特征尺寸朝7nm以下发展，MOS器件未来可能往SOI-FinFET、GAA（环绕式匣极纳米线晶体管）发展，但考虑到低功耗的发展趋势，MOS器件无法适应低功耗发展，TFET（隧穿场效应管）有望成为低功耗器件未来发展的选择。见下图4为传统CMOS晶体管与FinFET晶体管截面图对比。图4体硅CMOS晶体管与FinFET晶体管的截面图1.2集成电路设计新发展在集成电路设计、制造、封装加工等多个环节中，设计部分是集成电路产业的核心，其余均围绕设计服务。如今，集成电路行业已转变为以行业应用、系统需求为牵引的定制化设计，逐渐朝着智能化、集成化方向发展，也在传统芯片的基础上衍生出了可重构芯片、人工智能芯片等。对于传统的数字集成电路来说，目前任是芯片领域的主体，摩尔定律主要指的是适用于数字集成电路。在先进工艺的发展下，各类数字芯片纷纷追逐最先进的工艺，例如，移动端的苹果处理器、高通骁龙、华为麒麟系列，均使用了最先进的7nmCMOS工艺，目前高性能芯片仍通过简单增加硬件数量来提升性能。但随着摩尔定律逐渐走向极限，在后摩尔时代还需要在新器件、新方法上推动数字集成电路的发展。与数字集成电路相比，传统的模拟集成电路发展则按部就班，仅有一些局部上的技术亮点。广泛应用的模拟集成电路有ADC、DAC、运算放大器、滤波器、射频集成电路等。由于Bandgap（带隙基准）、运放和滤波器发展较为成熟，模拟电路一般集中在DAC/ADC和高速接口领域进行发展。在DAC/ADC方面，目前更多的采用数字电路方式来推进架构设计和电路实现，使其得到显著的性能提升。在射频集成电路方面，从前大量采用GaAs、SiGe、BiCMOS等工艺，如今，RFCMOS（射频CMOS）已成为主流射频IC工艺，未来在5G、物联网等领域还将受到持续关注。在人工智能芯片方面，目前的AI芯片只能算作狭义的人工智能芯片，广义上还是指基于深度学习的高效能计算芯片。机器学习、神经网络、深度学习与人工智能的关系如图5所示。图5人工智能、机器学习、神经网络关系图深度学习在不同应用场景所采用的算法存在很大差异，这也导致芯片性能各不相同。传统的深度学习采用CPU、GPU、FPGA等方式进行，但效率低下，已不适应当前日益增长的边缘计算要求，因此，需要发展新型架构的神经网络处理器，如国内寒武纪、地面线等AI芯片。1.3集成电路封装技术新发展集成电路的芯片封装技术由单芯片封装发展到多芯片封装、三维封装等，最终将走向三维异质集成方向。发展过程如图6所示。图6封装技术发展趋势图随着后摩尔时代的到来，越来越多的专家学者认为集成电路今后的发展要依靠三维异质集成技术，才能达到“摩尔时代”时集成电路所需的低成本、小体积与高性能。各种新应用领域的兴起，如人工智能、生物医疗等，IC制造商的整合工艺技术也愈发变得重要。全球第一大晶圆代工厂——台积电，其拥有晶圆级封装平台，包含CoWoS（片上晶圆级封装）与InFO（集成扇出封装），能广泛覆盖物联网、AI、可穿戴等重点领域，具有广阔的市场发展前景。这也是其能独占苹果公司处理