微电子技术发展的规律和趋势

世界各地区的集成电路生产份额
中国大陆 其他(9%) (2%) 韩(8%)
台湾 (11%)
日本 (27%)
美国 (29%)
欧洲 (14%)
10亿美元
25 20 15 10
5 0 年份
全世界集成电路的供需情况
需求 供给
1996
1998
2000
2002
2004
资料来源：美国半导体设备及材料国际协会（SEMI）
成开发，具备大生产的条件 ➢在0.11-0.07um阶段，最关键的加工工
艺—光刻技术还是一个大问题，尚未解 决
工艺
净化室(NEC, 干法腐蚀）
方向１：特征尺寸缩小
第二个关键技术：互连技术
➢铜互连已在0.25/0.18um技术代中使 用；
➢可靠性问题还有待研究开发
金属层数
方向１：特征尺寸缩小
金属布线层 数
1M 256k
256M
64M 16M 4M
100
64k
32k
10
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
年份 按摩尔定律计算，年增60% 国际发表论文水平
摩尔定律：特征尺寸
特征尺寸（微米）
0.3
0.25 0.2
工艺尺寸 Moor Law
0.15
0.1
0.05
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
％ 2
1
0 1995
2000 年份
2005
国际
中国集成电路最小线条宽度：
挑战与机遇
年份 1995
2000
2005
0.35 0.25 0.18 0.13 0.09 0.065
中国
1.2 0.8 0.35 0.25 0.18
from：美国半导体设备及材料国际协会（SEMI）
微电子技术的 三个发展方向
方向１：特征尺寸缩小
0.1m Sub 0.1m
方向１：特征尺寸缩小
1K 1970
1980
1990
2000
2010
集成电路技术是近50年来发展最快的技术
年份 特征参数
设计规则m 电源电压 VDD(伏）
硅片直径尺寸 （mm） 集成度
DRAM密度（bit)
微电子技术的进步
1959 25 5
1970-1971 8 5
2000 0.18 1.5
5
30
300
6
2103
2109
Moore定律
10 G 1G
100 M 10 M 1M 100 K 10 K 1K 0.1 K 1970
1965，Gordon Moore 预测 半导体芯片上
存储器容量 60%/年 每三年，翻两番
1980
1990
2000 2010
DRAM位数(k)
10000000 1000000
4G 1G
100000 10000 1000
微电子技术的三个发展方向 硅微电子技术的三个主要发展方向
➢特征尺寸继续等比例缩小 ➢集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC) ➢微电子技术与其它领域相结合将产生新
的产业和新的学科，例如MEMS、 DNA芯片等
方向１：特征尺寸缩小
第一个关键技术层次：微细加工
➢目前0.18 m已开始进入大生产 ➢0.13 m和0.11 m大生产技术也已经完
微处理器的性能
100 G 10 G 1G
100 M 10 M
8080
8086
8028 6
8038 6
Peak
Advertised
Performance
(PAP)
Real Applied
Performance
(RAP)
41% Growth
Moore’s
1M
Law
8048 6 Pentium
PentiumPro
微电子技术发展的规律和趋势
摩尔定律
Moore定律
1965年Intel公司的创始人之一 Gordon E. Moore预言集成电路产 业的发展规律
➢ 集成电路的集成度每三年 增长四倍，
➢ 特征尺寸每三年缩小 2 倍
集成电路的特征长度＝MOS晶体管的沟道长
SG D
n+
n+
p-Si
硅片直径加大
1970 3″ 1980 4″ 1990 6″ 2000 8″
各行业的年增长率（％）
30
25
电子制造
20
15
集成电路
10
国民经济
5
0 年份
1999
2000
世界经济
2001
2002
我国集成电路产量
900
800
700
600
500
400
销售额（亿元）
300
产量（亿块）
200
100
0
2000 2001 2002 2003 2004 2005
我国集成电路销售额占世界份额
1K
1G
比率 140
3
60 3108
106
微处理器时钟频 率(Hz)
平均晶体管价格$
10
750K
1G
0.3
10-6
>103 107
按此比率下来自百度文库，小汽车价格不到1美分
Moore定律 性能价格比
在过去的20年中，改进 了1,000,000倍
在今后的20年中，还将 改进1,000,000倍
很可能还将持续 40年
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
金属层数
工艺
1、净化室(NEC, 左薄膜生长，右：离子注入）
方向１：特征尺寸缩小
第三个关键技术 ➢新型器件结构 ➢新型材料体系
方向１：特征尺寸缩小
SOI(Silicon-On-Insulator
Moore定律：芯片上的体管数目
微处理器性能 每三年翻两番
1.E+9
1.E+8 1.E+7 1.E+6 1.E +5 1.E+4
“Itanium”:15,950,000
Pentium II: 7,500,000 PowerPC620:6,900,000 i80486DPXPe:e1nn,t2tiu0iu0mm,0P:03r0o,3: 050,5,00m0006,08000P40oP:w1oe,w1r7eP0rCP,06C006010:24,:830,600,000,0000
i80386DX:275,000
m68030:273,000
i80286:134,000 m68020:190,000
m68000:68,000
i8086:28,000 M6800:
4,000 i8080:6,000
i4004:2,300
1.E+3
’70 ’74 ’78 ’82 ’86 ’90 ’94 ’98 ’2002
方向１：特征尺寸缩小
SOI技术：优点
完全实现了介质隔离, 彻底消除了体硅 CMOS集成电路中的寄生效应
速度高 集成密度高 工艺简单 短沟道效应小,特别适合于小尺寸器件 体效应小、寄生电容小，特别适合于
低压器件
方向１：特征尺寸缩小
SOI技术：缺点
SOI材料价格高 衬底浮置 表层硅膜质量及其界面质量