微电子技术未来发展趋势及挑战

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半导体技术应用的发展趋势
• 方进指出，随着对视讯影像、车用电子、 通讯设备、工业应用及医疗电子等相关应 用的需求提升，全球 DSP、微控制器和模 拟元件的需求持续以惊人的速度攀升，到 2020年，全球嵌入式处理器市场将拥有突 破300亿美元的市场商机，模拟市场则有超 过1000亿美元的市场规模。
第十一章 未来的趋势与挑战
西南科技大学理学院 2013.4.16
主要内容
半导体技术的应用发展趋势 微电子技术的四个发展方向 发展中的难题和挑战
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概述
近30年来，集成电路技术一直按照"摩尔定律" 向前发展。集成电路工艺中的特征尺寸更小，集 成密度更高，集成电路材料趋于多元化（不再仅 仅是硅基、二氧化硅和铝引线等），集成的元件 种类更多（各种传感器），集成的系统更为复杂、 庞大，集成电路的功能更为完善和强大（一个芯 片就是一个独立完整的系统--SOC），集成系统 的功耗更低，成为半导体工业（微电子工业）基 本发展趋势。
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微电子器件的特征尺寸继续缩小
第三个关键技术
➢新型器件结构 ➢新型材料体系
✓高 K介质 ✓金属栅电极 ✓低 K介质 ✓SOI材料
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• 随着栅长缩小至130nm以下，栅氧化层厚度减小 至2nm以保持器件的性能。需要采用较厚的具有 较低漏电流的高k介质材料。
• 第一个关键问题：超浅结形成 • 随着沟道的减小，会发生短沟道效应为了
得到低薄层浅结，必须采用高剂量低能量 离子注入技术。100nm技术所需的结深大 约为20~30nm,掺杂浓度为1×1020个/cm³.
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微电子器件的特征尺寸继续缩小
第二个关键技术层次：微细加工
➢目前0.18 m和0.13 m已开始进入大生产 ➢0.065 m大生产技术也已经完成开发，具备
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• SiP 技术普及
未来使用尖端的叠层裸片技术 (SiP) 进 行集成将与嵌入式片上系统 (SoC) 一样普 遍，SiP 技术能够节省主板空间、减少组件 数目，允许不同技术包集成，大大简化开 发时间和成本。
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“科学演进与技术创新将大大改变人类的生活 方式，人类将会从全方位体验的科技革命 中受益无穷。” 作为业界公认的科技创新 者，TI 致力于一系列尖端科技应用的研发 以提升人类生活质量，包括：
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• 医疗电子革命
人类对生活质量提升的诉求，推动医疗 电子革命。各种自动化的医疗设备及视频 装置，使人们不必亲赴医院就诊。基于TI技 术研发的各种医疗成像设备、超声设备、 自动延伸的心脏除颤器等手持医疗设备及 远端视频装置，为人类的健康与新的医疗 科技革命推波助澜。
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微电子技术的 四个发展方向
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半导体技术应用的发展趋势
• 绿色装置、机器人技术、医疗电子等相关 应用，将成为2020年驱动市场成长的主要 动力。
• 关于半导体科技未来发展趋势，方进认为， 到2020年，集成电路 (IC) 技术将发展到非 常精细的程度，在许多方面会产生革命性 的变化
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• 多核趋势及灵活的协处理器革命
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与微电子技术相关的集成电路产业 发展趋势
（1） 器件尺寸不断缩小，目前器件特征尺寸已进入纳米量级。 器件尺寸继续缩小将遇到很多物理问题和技术挑战。
（2） 集成度不断提高，目前已经可以把整个电子系统或子系统 集成在一个芯源自文库里，形成集成系统芯片SOC
（3） 与集成电路技术相关的新材料不断涌现，高K栅介质、低 K互连介质、新型化合物半导体材料等都成为目前的研究热点。
大生产的条件
✓当然仍有许多开发与研究工作要做，例如IP模块 的开发，为EDA服务的器件模型模拟开发以及基 于上述加工工艺的产品开发等
➢在0.13-0.045um阶段，最关键的加工工艺—光 刻技术还是一疑难问题
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Wavelength and Frequency of Electromagnetic Wave
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半导体技术应用的发展趋势
• 德州仪器(TI)开发商大会2012年5月26日 起在中国召开。
在深圳的首场报告中，TI 首席科学家 方进 (Gene Frantz) 和与会者分享了2020 年半导体产业发展趋势，阐述科技将如何 改变未来生活，并展示了一系列极富创意 和前瞻性的崭新思想，将大众带入2020年 的未来科技世界。这是半导体科技界让人 充满期望的一次盛宴。
RF: Radio frequency; MW: Microwave; IR: infrared; and UV: ultraviolet
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现今以及今后的光刻光源
• 极度紫外光刻 Extreme UV (EUV) lithography
• X射线光刻 X-Ray lithography
• 电子束光刻 Electron beam (E-beam) lithography
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• 绿色装置
TI 一直致力于环境保护与全 球绿色工程相关产品的研发与投入， 如替代能源、高效动力产品、优化 的照明方案和永续设施等。
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• 机器人技术
机器人技术将大幅提升工业生产的自 动化和人类生活的便捷化，TI在替代人类 及肢体操作（如眼睛、腿臂、器官等）和 人机交互直接接口方面进行探索，使科技 的进步与创新更好地服务于人类的生产与 日常生活。
并行处理带来半导体性能的疾速提升， 未来 IC 产业通用性将变得极其重要，系统 需要更多灵活可编程的 DSP 核，并增加优 化的可编程的协处理器，以迎接未来创新应 用所带来的高效严峻挑战。
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• 低功耗节能时代到来
半导体器件功耗将达到每18 个月缩减一半，这使得永续设施成 为可能，某些情况下电池将被能源 清除技术及能源存储单元所替代。
（4） 微电子与其他学科结合诞生新的交叉学科，也是21世纪 的重要发展方向，例如集成光电子学、微机械电子学 （MEMS）、纳电子学等。
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发展遇到的问题和挑战
• 器件尺寸继续缩小将遇到很多物理 问题和技术挑战，为了解决这些问 题和挑战，必须进行新器件、新结 构、新工艺等研究。
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微电子器件的特征尺寸继续缩小