| 单词 | 微电子技术 |
| 释义 | 【微电子技术】 1948年，晶体管的发明为微电子技术的兴起准备了条件。20世纪60年代初，微电子技术随集成电路(IC)的兴起而开始发展和形成。从广义上讲，微电子技术除了包括制造IC的工艺技术外，还包括IC及由IC构成的微电子系统的应用技术及其应用产品。微电子产品包括电子器件(各种规模和各种类型的IC)和分立器件(二、三极管、功率器件，敏感器件等)两大类。随着IC工艺技术的发展，越来越多的分立器件被集成在IC之内，但分立器件仍有其应用市场，特别是功率器件和微波器件有较大发展前景。 微电子产业具有高新科技的综合性、应用范围的渗透性、发展中的依赖性。但发展微电子产业需要一系列基础工作的配合，即IC专用工艺设备；质量监控与测试仪器；工艺线上所需的超纯气体、试剂、硅片等各种原、辅材料；环境、空气、水净化与污水处理；CAD、CAT、CAM以及各种工艺技术和决窍；各种标准工艺规范、设备维修与管理制度以及各种管理规章等制度的建立；人才的招聘、培养、使用、考核、晋升、流动与管理等制度。IC工业的两大主流是双极工艺和MOS工艺。CMOS电路在IC产业中已占据重要地位。其最突出的优点是微功耗，静态功耗是微瓦数量级，甚至毫微瓦数量级，适于高密度集成。CMOS电路本质上是一种高抗干扰性的器件，不论输入高电平还是低电平，输入电压噪声容限的典型值高达电源电压的45%，而且输出高电平几乎是满幅度的，即VOH≈VDD，VOL≈0。CMOS电路的工作电源电压范围宽，可在3～18V内波动，电路的输入阻抗高，一般可达1010Ω。近年来，高速CMOS(HCMOS)发展很快。在5V电源电压下，HCMOS的速度和LSTTL相当，但功耗比之低几个数量级。从1988年起，所有4兆位DRAM和1兆位SRAM都采用CMOS工艺，在CMOS逻辑电路中，ASIC大幅度增长。另外，随着集成度的提高，微处理器(MPU)和外围设备也将迅速由nMOS工艺转向CMOS工艺。但是，CMOS器件与双极器件相比，速度较慢，特别是当负载较重时，由于它的驱动能力有限，速度就更慢。而双极器件速度快，模拟精度高，驱动能力强，在高速和模拟电路方面一直处于领先地位。但由于双极器件功耗较大，不利于高密度集成，因此在VLSL中，几乎全是MOS器件的产品。进入80年代以来，双极与CMOS相容技术，即BiCMOS，日益受到重视。BiCMOS是1985年才开始得到使用的新技术，它将双极器件与CMOS器件制作在同一芯片上，从而得到比较理想的芯片。目前，BiCMOS的产品逐年增多，DRAM达1M位，32位微处理机也开发成功。此外，BiCMOS在高压集成电路、消费电子产品以及汽车电子产品方面也得到应用。微细加工技术是微电子技术的三大支撑技术之一。主要包括精细图形加工、高精度浅结掺杂、薄膜与多层化3个部分。在光学曝光方面，0．5μm以上图形加工主要采用缩小投影曝光法(DSW)曝光系统。预计在90年代，对于最小特征尺寸为0．35μm的图形加工，DSW光学曝光系统仍有市场。1989年美国出现激光全息光学曝光技术，分辨率为0．3μm。X射线曝光的实用分辨率已达0．1～0．2μm。电子束曝光在低产量的ASIC和GaAs集成电路上得到快速增长，但在高产量的通用IC中不会起很大作用。在采用双层抗蚀剂的电子束曝光和含氧RIE图形转移方面，已实现0．1μm的分辨率。中国已有3μm技术的生产线与2μm技术的科研线。在微波器件中，最小线宽达到1μm左右。曝光机以接触式和接近式为主，分辨率为0．8μm的10∶1 DSW系统刚进入实用化考核阶段。电子束、X射线曝光机处于原理性样机研制阶段。RIE微米级图形刻蚀尚末达到实用化程度。低能离子注入机已有样机，白光快速退火可制出60nm的浅结，接近国际水平。VLSI、微波、毫米波器件的精细加工还是薄弱的关键技术。在0．1～0．5μm工艺开发上，仍存在着技术基础差、基础设备匮乏、基础材料缺乏研究等问题。在90年代，中国应当采取的措施有：在光学曝光方面，从1∶1的接触式曝光向10∶1或5∶1的缩小投影曝光(DSW)过渡，并着手开展亚微米的激光全息曝光技术的研究。光致抗蚀剂应从负性向正性过渡。与此同时，应抓紧对电子束曝光与X射线曝光技术的研究。电子束曝光应进行最小特征尺寸为0．2～0．5μm技术的研究，以及模拟16M位DRAM的1∶1电子束曝光制备铬版技术的研究。X射线曝光则可集中于同步辐射软X射线的0．2～0．5μm曝光技术。在刻蚀方面，应从化学湿法腐蚀向各向异性的干法腐蚀过渡，应进行线宽0．2～0．5μm的实用化反应离子刻蚀(RIE)及含氧的RIE技术研究，并对Ⅲ－V族化合物选择性光化学干法刻蚀、光致活化刻蚀、电子束活化刻蚀等开展研究。在精细掺杂方面，应开展对浅结离子注入、大束流离子注入、聚焦离子注入，以及白光瞬间退火等的研究。此外，还应在Ⅲ一V族化合物分子束外延的实用化技术、低温工艺、激光CVD图形直接写入技术、硅化物多层薄膜、MOCVD实用化技术、薄栅绝缘层、真空工艺等方面开展研究工作。LSI／VLSICAD技术在国外真正实用化技术始于1976年，到1987年已发展了3代。由于专用电路(ASIC)的飞速发展，提出了电子设计自动化的要求。现有国内外设计系统的设计思想是建立在事件躯动仿真法基础上的。为了实现EDA(电子设计自动化)，最近提出概念驱动仿真法的新构思。Synopsys的VHDL提供在行为级、寄存器传输级和门级上描述和验证电子系统的完整的仿真环境。它建立在实施超高速IC的基础上，采用Synopsys的综合与优化软件工具支撑概念驱动工程法。VHDL系统仿真器使设计门级加工或其它特殊技术处理前，能很快猎取若干(总体)概念，进行高级技术规范检查以及设计非一致性的检测，不必进行门级模拟检查，大大缩短设计周期。系统模拟机提供IEEE1076号VHDL标准的全覆盖设计，能毫无限制地使用任何一种VHDL结构。在任意单独的级别上写入或输入任何来源的VHDL模式。VHDL的设计系统中有层次化软件结构，便于设计集成化或协同化；“Topdown”与“Bottom－Up”相结合interfacci对“模拟电路”和“数字电路”的混合级自动设计与模拟等问题。在实现环境标准化方面，采用EDA软件并行化；EDA产品硬件化；EDA软件部分“Compilcr”的三维化；基于专家系统的EDA产品。设计分析器作为各种逻辑综合工具的图形接口，实现设计建立过程和各种分析操作，不必使用各种逻辑综合核心工具。如设计编译器和ECL编译器，为现有各种工具提供交互功能。这种设计分析器具有作图与分层功能，包括显示、绘图、模拟组合与折零、关键路径分析和时间信息获取。同时设置设计的约束条件和其他特性。要对设计进行编译时，用测试编译器实现测试综合和有限状态机操作，最后进行设计优化。再通过设计分析器观察电路图，进行关键路径分析，获取时间信息和各种报告。编译器属第2代逻辑合成和优化工具，可减小ASIC设计时间与电路面积，改善时间性能，从许多源设计中选择一种，并用多种制约进行优化，产生网表、报告和图表；按国际技术库快速合成电路，以比较不同方案；可接受网表、公式、状态表和PLA真值表的组合和时序电路的结构化描述，充实已有设计环境，并能用来从一个已有网表中抽出一张状态表，自动为一个更有效的译码重新分配状态。CAT是VLSI和ASIC发展的瓶颈，对系统进行100%覆盖率的功能正确的实时测试和系统的可测性研究，是90年代的关键之一。本系统的测试编码器是能实现可测性设计(DFT)自动化和测试码自动生成的综合测试工具。它将可测性问题溶于设计过程之中，减小测试矢量数目。设计完成测试码也生成，它具有下述特性：生成完全可测的高质量设计；去除不可测冗余逻辑；自动检查设计是否符合扫描原则；自动添加三态禁止逻辑；插入扫描元件并互连成链，自动为扫描链进行排序／重排序；生成故障覆盖率100%的测试矢量；用优化技术压缩测试矢量，生成故障覆盖报告；添加测试结构并对速度和面积进行优化。中国已开发出用于LSI／VLSI的CAD系统，称为2级LSI－CAD系统和小熊猫3级系统。DRAM是IC最为典型的产品。中国于1986年春试试制出第1个64K位DRAM电路。进入80年代以来，已经历了64K位、256K位、1M位的高集成化发展阶段。目前采用0．8μm加工线宽、200mm硅圆片的4M位DRAM已能大量生产。采用0．5μm加工线宽的16M位DRAM以及0．25μm线宽的64M位，256M位的DRAM也将陆续问世。预计不久采用0．12μm的1G位DRAM将把集成度提高到每片10亿个元件以上，称之为巨型IC(GSI)。ASIC是指按用户的规格要求，能够以低成本、短交货期完成的适于少量生产的LSI／VLSI电路。在现阶段可以狭义地理解为ASIC等同于半定制IC，包括门阵列，以标准单元为基础的LSI／VLSI和现场可编程逻辑器件(FPLD)。但在广义上，它包括将来由标准单元发展而成为适于少量生产的全定制IC和特殊应用的标准产品ASSP。ASSP是专用某类电子系统设计和制造的LSI／VLSI，也可称为“通用ASIC”。到2000年，ASIC将由单纯的门级集成，积木式单元集成发展到将算法与ULSI结构结合起来，广泛采用高速数据处理技术的宏块式集成的ASIC。中国已研制成功双层金属布线CMOS2000门阵列、门延迟达0．8ns的ECL600门门阵列，基于标准单元法开发了高速12×12位CMOS乘法累加器等ASIC。在联想式汉字微机系统中采用一块ASIC取代了原有的168个电路。目前使用的频率、速度最高的三端有源器件是GaAsMESFET已进入毫米波段。从理论上来说，它的工作频率可高达100GHz。但由于存在提高速度、频率与提高功率之间的固有矛盾，则难以制作出超高速、毫米波段的集成电路。现在国外在移动通信、卫星通信等方面广泛使用的Ku波段的集成电路就是GaAs－MESFETIC。要想作出用于毫米波段、超高速的IC，就必须开发出具有更高频率和速度的新型器件。此外，从开发第5代计算机着眼，也必须研制出新型的器件，以适应超高速IC发展的要求。能满足毫米波IC和超高速IC需要的场效应晶体管，首推HEMT(高电子迁移率晶体管)。该器件1980年由日本T．Mimura等研制成功，发展迅速，其fr已比GaAs－MESFET高1．5～2倍(在低温下还可提高2倍)；即使在200～300GHz时，也可以提供实用的功率增益；在62GHz下，HEMT的功率密度可达0．41～0．43W／mm，比MESFET高70%；而且噪声性能也优于MESFE短沟效益也很小。在集成电路方面，作为逻辑应用或模拟应用，都有了飞速的发展。由DCFL构成的单元逻辑电路，功耗小，单电源电路简单，基本门的传输延迟时间在77K下已低达5．8ps，室温下为10．2ps；从集成度来讲，现在已发展到LSI、VLSI阶段，已研制成功16K RAM和16×16位并行乘法器。HEMT所存在的问题，主要是温度稳定性欠佳(由于材料中的一种深能级中心——DZ中心的影响所致)。针对这一问题，发展了PHEMT(膺高电子迁移率晶体管)等新结构的器件。但这一问题并末完全解决。硅双极型晶体管(Si－BJT)由于平面工艺的不断完善和提高，在频率、速度、功率乃至集成等方面都已有了进展。但BJT存在提高放大与提高频率和速度之间的矛盾，因此，Si－BJT主要用于10GHz以下的小信号放大及功率放大，以及20GHz以下的振荡。HBT是一种能提供优良的超高速毫米波性能的双极晶体管，在降低发射区掺杂浓度和提高基区掺杂浓度的同时，能维持高电流放大系数。它比Si－BJT的截止频率要高、基极电阻更低、发射结电容更小；比GaAs－MESFET的跨导要高、电流和功率密度要大，1／f噪声更低，而且对细条光刻的要求较低、对阈值电压和击穿电压的控制较容易。HBT在微波、毫米波和超高速领域内具有广泛的用途。而且HBT－IC也已进入LSI时代。含有1200个等效NOR门的HBT－ECL系列门阵列，可使用极高的时钟频率，分频器的计时频率已达7．7GHz。在高速模拟领域，已研制出dc耦合单级反馈放大器、对数放大器和A／D变换器。由于HBT同时具有优良的微波和超高速性能，所以为单片集成模拟和数字功能打下了基础。在光电集成电路中具有应用前景。功率处理与信号处理是传统电子学的两大发展方向。未来的电子系统，将是具有感知功能(传感器)、信息处理功能(控制系统)和信息驱动执行功能(功率器件与集成电路)的三类电路集成的智能系统。80年代以来，微电子技术的发展导致利用多子传输为基础的场控器件，如SIT和MOSFET已发展成新型功率器件。这类器件具有多子导电；场控器件，输入阻抗高，驱动功率小；电流温度系数为负值，无二次击穿，安全工作区宽；特殊结构易制成智能器件等优点。国际上已研制和生产VDMOS、IGBT、CI－GBT(互补型IGBT)、SINFET(肖特基注入式FET)、RMOS(矩形MOS)、MCT(MOS控制晶闸管)等通用器件及SENFET等智能分立器件。1000V／5A的VDMOS、1800V／10A、1200V／100A的IGBT，以及比导通电阻接近现有理论极限的RMOS及4000V／300A的SIT均已研制生产。功率集成电路分为智能功率集成电路(SPIC)和高压集成电路(HVIC)两大类型。SPIC将功率器件与控制电路和传感、保护电路集成于一体，使之具有智能化功能。HVIC主要是将低压控制电路与高压输出级集成在同一芯片上，用于显示、驱动、通讯装置中。新型功率MOS器件和集成电路的主要发展方向是：(1)开发新结构新原理器件，其中尤以开发组合式(BIMOS)器件、智能化器件和低导通电阻器件的趋势为甚。它们都力求在功率器件的主要参数，如器件耐压、额定电流与功率、工作频率及导通电阻之中，发挥自己的优势。(2)发展HV／P集成电路，包括智能功率集成电路(SPIC)，高压集成电路(HVIC)，进而专用功率集成电路。(3)加强支撑技术。吸收微电子技术中的微细加工、隔离、深槽加工等技术材料、制备技术、终结端(JTT)技术等。(电子科技大学张开华、李肇基、谢孟贤、张庆中撰) 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