第一章概论 第一节引言 纵贯古今,在人类文明发展的历史长河中,科学技术在经济增长和社会进步中所起的 巨大作用已成为人类社会的共识。18世纪中叶的工业革命将人类历史从农业时代带到了工 业时代。近50年,由于电子工业的崛起,人类又开始向信息时代迈进。21世纪是信息化的 世纪,现代经济是信息经济。目前,信息产业已经成为现代社会文明与进步的标志,成为本 世纪以来发展得最迅速的产业,也成为衡量一个国家现代化水平的重要标准。人们的生产与 社会活动每时每刻都在产生、交换、处理和利用“信息”。社会的总需求正推动着信息系统 的集成与产业化。目前发达国家信息产业值已占国民经济总值的40%60%,而微电子工业 则是国民经济信息化的基石。微电子技术的发展给国民经济、社会进步和人民生活带来了划 时代的变革。集成电路则是微电子技术的核心,集成电路产业的发展规模和科学技术水平已 成为衡量一个国家综合国力的标志之一。如果以单位质量的“钢”对国民生产总值的贡献为 1来计算,则小轿车为5,彩电为30,计算机为1000,而集成电路则高达2000。因此,有 志自立于世界民族之林的国家都在倾力发展自己的集成电路产业,以期在21世纪的竞争中 争得有利的地位 信息系统的集成可分为三个层次:工程层次、电子系统层次和电路层次。工程层次,如 国家信息高速公路等牵动着各种电子系统的开发。电子系统层次既为大型信息工程提供设 备,又是电路制造商瞄准的主要市场。电路层次主要是微电子产品的开发。目前作为集成信 息网络主要支柱的通信设备与计算机几乎占有了微电子产品70%的市场份额。各种生产 交换、传输、存储、处理和显示信息的电子系统中使用了大量的电子产品,而信息产业化 趋势正推动着电子产品的专用集成和系统集成。 自从1958年集成电路诞生以来,经历了小规模(SSI)、中规模(MSⅠ)、大规模(LSⅠ) 的发展过程,目前已进入超大规模(ⅥLSⅠ)和甚大规模集成电路(ULSⅠ)阶段,是一个“系 统集成或片上系统( System On a Chip,简称SOC)”的时代。以目前最普遍的个人计算机处 理器为例,第一代16位的8086芯片中,共容纳了约28万个晶体管,到了32位以上的586 级计算机微处理器,如“奔腾”芯片内的晶体管数目则高达500万以上。目前商业化半导体 芯片的线宽为0.18-0.25μm,今后发展的趋势是0.13μm甚至0.1μm以下,即集成电路已进 入深亚微米工艺和超深亚微米工艺时代。集成电路技术迅速向着更高集成度、超小型化、高 性能、高可靠性的方向发展。一个芯片上将可集成高达几亿到几十亿个晶体管。过去的4 多年里集成电路的发展一直遵循着曾任美国 Intel公司董事长摩尔在1965年4月发表的摩尔 定律:即集成电路的集成度,每一年半增加一倍,预计今后15年内集成电路的发展仍服从 这一定律。 美国半导体工业协会(SIA)在1997年将产业界、政府和大学中的技术带头人召集在 一起制定了1997年美国半导体技术发展蓝图(NTRS),这次制定的发展蓝图与1992年 1994年版本考虑相同,以15年为限,这次的NTRS是600多位科学家和工程师两年辛勤工 作的成果。下面的表1是发展蓝图的部分指标 目前,市场的主流是256M和1G产品。而集成电路最小线宽批量生产的已达到018μ 研究成果已提高到0.13-0.1um的水平,实验室已达到0.07-0.1um水平,预计2003 年0.13μm/0.1um技术将在生产上广泛应用,到2010年将提高到0.1um-0.07μm的水平。 而晶片尺寸,目前硅生产线全面从200mm转向300mm技术,2005-2010年又将转向400m技 术1 第一章 概 论 第一节 引 言 纵贯古今，在人类文明发展的历史长河中，科学技术在经济增长和社会进步中所起的 巨大作用已成为人类社会的共识。18 世纪中叶的工业革命将人类历史从农业时代带到了工 业时代。近 50 年，由于电子工业的崛起，人类又开始向信息时代迈进。21 世纪是信息化的 世纪，现代经济是信息经济。目前，信息产业已经成为现代社会文明与进步的标志，成为本 世纪以来发展得最迅速的产业，也成为衡量一个国家现代化水平的重要标准。人们的生产与 社会活动每时每刻都在产生、交换、处理和利用“信息”。社会的总需求正推动着信息系统 的集成与产业化。目前发达国家信息产业值已占国民经济总值的 40%~60%，而微电子工业 则是国民经济信息化的基石。微电子技术的发展给国民经济、社会进步和人民生活带来了划 时代的变革。集成电路则是微电子技术的核心，集成电路产业的发展规模和科学技术水平已 成为衡量一个国家综合国力的标志之一。如果以单位质量的“钢”对国民生产总值的贡献为 1 来计算，则小轿车为 5，彩电为 30，计算机为 1000，而集成电路则高达 2000。因此，有 志自立于世界民族之林的国家都在倾力发展自己的集成电路产业，以期在 21 世纪的竟争中 争得有利的地位。 信息系统的集成可分为三个层次：工程层次、电子系统层次和电路层次。工程层次，如 国家信息高速公路等牵动着各种电子系统的开发。电子系统层次既为大型信息工程提供设 备，又是电路制造商瞄准的主要市场。电路层次主要是微电子产品的开发。目前作为集成信 息网络主要支柱的通信设备与计算机几乎占有了微电子产品 70%的市场份额。各种生产、 交换、传输、存储、处理和显示信息的电子系统中使用了大量的电子产品，而信息产业化的 趋势正推动着电子产品的专用集成和系统集成。 自从 1958 年集成电路诞生以来，经历了小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI） 的发展过程，目前已进入超大规模（VLSI）和甚大规模集成电路（ULSI）阶段，是一个“系 统集成或片上系统（System On a Chip，简称 SOC）”的时代。以目前最普遍的个人计算机处 理器为例，第一代 16 位的 8086 芯片中，共容纳了约 2.8 万个晶体管，到了 32 位以上的 586 级计算机微处理器，如“奔腾”芯片内的晶体管数目则高达 500 万以上。目前商业化半导体 芯片的线宽为 0.18~0.25μm，今后发展的趋势是 0.13μm 甚至 0.1μm 以下，即集成电路已进 入深亚微米工艺和超深亚微米工艺时代。集成电路技术迅速向着更高集成度、超小型化、高 性能、高可靠性的方向发展。一个芯片上将可集成高达几亿到几十亿个晶体管。过去的 40 多年里集成电路的发展一直遵循着曾任美国 Intel 公司董事长摩尔在 1965 年 4 月发表的摩尔 定律：即集成电路的集成度，每一年半增加一倍，预计今后 15 年内集成电路的发展仍服从 这一定律。 美国半导体工业协会（SIA）在 1997 年将产业界、政府和大学中的技术带头人召集在 一起制定了 1997 年美国半导体技术发展蓝图（NTRS），这次制定的发展蓝图与 1992 年、 1994 年版本考虑相同，以 15 年为限，这次的 NTRS 是 600 多位科学家和工程师两年辛勤工 作的成果。下面的表 1 是发展蓝图的部分指标。 目前，市场的主流是 256M 和 1G 产品。而集成电路最小线宽批量生产的已达到 0.18μ m，研究成果已提高到 0.13-0.1μm 的水平，实验室已达到 0.07-0.1μm 水平，预计 2003 年 0.13μm/0.1μm 技术将在生产上广泛应用，到 2010 年将提高到 0.1μm-0.07μm 的水平。 而晶片尺寸，目前硅生产线全面从 200mm 转向 300mm 技术，2005-2010 年又将转向 400mm 技 术