集成电路发展趋势

集成电路版图设计课程论文题目：集成电路发展现状及发展趋势系名称：信息工程系专业：电子科学与技术班级：2班学号：6009202313姓名：谢丹2012年6月8日集成电路发展现状及发展趋势1引言1958年美国德克萨斯仪器公司发明全球第一块集成电路后，随着硅平面技术的发展，20世纪60年代先后发明双极型和MOS型两种重要电路，创造了一个前所未有的具有极强渗透力和旺盛生命力的新兴产业——集成电路产业。那么，什么事集成电路呢？集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路，通常用“IC”（IntegratedCircuit）。目前，美国、日本、韩国和台湾地区是当今世界集成电路产业的佼佼者，尤其美、日和欧洲等国家占据产业链的上游，掌握着设计、生产、装备等核心技术。随着信息产品市场需求的增长，尤其通过通信、计算机与互联网、电子商务、数字视听等电子产品的需求增长，世界集成电路市场在其带动下高速增长。2005年世界集成电路市场规模为2357亿美元，预计2012年间平均每年增长不低于10％，总规模将达到4247亿美元。2集成电路的发展30多年来，集成电路市场成长迅速，基本上是一条指数发展规律。随着学技术的进步，集成电路在电子产品销售额中所占的份额逐年提高。目前，集成电路在整机中的应用，以计算机(PC)最大，通讯次之，第三位是消费类电子[2]。集成电路的发明人J．Kilby认为：“集成电路产业一向是通过寻找新的应用领域发展起来的，如计算器、数字手表、PC、手机等，而每一种产品销售量都比前一种高出一个数量级。”21世纪，在移动中随时随地获取信息和处理信息成为把握先机而制胜的法宝。如果说前20年PC是集成电路发展的驱动器，那么，后20年主要的驱动器应该是与因特网结合的可移动袖珍实时信息处理设备，其核心是数字信号处理器[3]。20世纪90年代前半期，IC技术和市场发展的推动力是PC；进入后半期，手机成为仅次于PC的第二大推动力；进入21世纪，汽车将成为IC技术发展的新动力。据日本野村证券金融研究所推算，2008—2009年，车载IC市场将超过PC。汽车电子已成为半导体业界的另一热点。微机电系统(MEMS)市场需求数量未来两年会达到约45％的复合成长率；美国使用微机电组件的比例，预计将从现在的每人低于2件增长到2007年每人超过6件。集成电路产业的发展是市场牵引和技术推动的结果。集成电路根本的生命力在于它可以大批量、低成本和高可靠地生产。集成电路芯片价格约为101～102美元，而集成电路生产线的投资高达10～15亿美元(200mm，o．18肚m)，即109美元。要想赢利，产量必须在107～108量级。集成电路是整机高附加值的倍增器，但它并不是最终产品，如果它不能在整机和系统中应用，那它既不能吃，也不能用，就没有价值，更谈不上高附加值。这就决定了集成电路产业的建设必须首先考虑整机和系统应用的发展，即市场的需求。只有在市场足够大的情况下，才能开始建设芯片生产厂。集成电路的加工正在向Foundry模式转变。我国台湾的台积电公司(TSMC)于1987年最早建成Foundry。现在全世界Foundry服务做得最好的都是华人，主要代表是中国台湾的TSMC、联电UMC、中芯国际SMIC、新加坡的特许半导体公司等，全世界67％的Foundry业务集中在东南亚。Foundry的建设必须采用系统工程的方法，使其具备多进多出功能，即能接受行为描述级、逻辑级、版图级等不同层次的电路设计输入，可以有硅片级、封装后成品级等输出。因此，Foundry要有自己的设计服务部和掩膜版制作部，并与封装厂和测试厂建立固定的战略同盟；提供多种工艺模块，以适应不同电路设计的加工需要；把适应自身生产线加工的标准工艺以单元库和IP库的形式提供给客户，并不断提升和扩展；在管理上要做好“服务”，要在世界各地和全国各地建立自己的服务站点。3集成电路的发展趋势集成电路已进人超深亚微米时代，体硅CMOS的批量生产已采用90nm工艺、300mm晶圆；65m工艺也即将量产化；集成电路的发展仍以继续追求高频、高速、高集成度、多功能、低功耗为目标。从纵向看，在新技术的推动下，集成电路自发明以来四十年间，集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小√2倍。这就是由Intel公司创始人之一的GordonE．Moore博士1965年总结的规律，被称为摩尔定律。基于市场竞争，不断提高产品的性能／价格比是IC技术发展的动力，缩小特征尺寸，从而提高集成度，是提高产品性能／价格比最有效的手段之一。据国际半导体技术发展路线图(ITRS，2002年修订)[21，预计到2016年，将生产出特征尺寸为22nm的CMOS电路，实际栅长为9nm的MPU和RAM。集成电路正在接近其物理极限，同时，受工艺加工极限和经济承受力的制约，到底什么尺度是其极限呢?目前仍无定论，其微细化的方向仍有很大发展空间，集成电路技术仍然遵从摩尔定律快速发展。随着IC设计与工艺技术水平的不断提高，IC规模越来越大，复杂程度越来越高。目前，已经可以在一个芯片上集成108～109个晶体管，而且随着集成电路制造技术的发展，21世纪的集成电路技术将从目前的3G(G一109)时代逐步发展到3T(T一1012)时代，即存储容量由G位发展到T位、集成电路的速度由GHz发展到THz，数据传输速率由Gb—ps发展到Tbps(bitspersecond)。IC技术是近50年来发展最快的技术，设计规则从1959年以来缩小了140倍，而平均晶体管价格降低了107倍。如果小汽车也按此速度降价，那么现在小汽车的价格只有1美分。从横向看，集成电路与其它学科和技术相结合，形成新的方向，新的学科或专业，不断改变着传统专业分工的格局。这种技术结合融合的趋势，对集成电路来说，就是越来越复杂的片上系统(SOC，Sys—temonChip)。SOC的概念在不断发展。ITRS2002年修订版表明：2000年以前已经实现了逻辑电路、SRAM、FLASH、E-DRAM、CMOSRF的SOC；2001年，实现了FPGA与FeRAM(铁电存储器)的SOC；接着实现了MEMS、化学传感器和集成光电器件的SoC；预计到2006年，将实现集成生物电子器件的SOC。SOC的发展在国内外引起高度重视，正在开展建立针对各种应用的SOC技术平台的研究，努力推进sOc的发展和应用。如面向通讯的综合信息处理SOC平台，第三代移动通讯sOc平台；高速的信息安全SOc平台，高清晰度电视SOC平台及家庭网络SOC平台等[2]。这一广阔的发展方向有着十分重要的意义和应用前景。MEMS的发展非常迅速。1988年，美国一批著名科学家提出“小机器、大机遇”，并呼吁美国应当在这一重大领域发展中走在世界的前列；1993年，美国ADI公司将加速度计与IC集成在一起，成功地将MEMS加速度计商品化，并大批量应用于汽车防撞气囊，标志着MEMS技术走向商品化。MEMS的发展将对人类生产和生活方式产生革命性的影响，已引起了广泛的关注。集成电路以Si／CMoS为主流高速发展的同时，新材料、新结构、新器件不断涌现。如绝缘体上硅(SOI)，Ge／Si异质结和应变Si器件及FeRAM等。由于SOI具有无闩锁、高速、低耗、抗辐射的优良性能，不但在军事上，而且在民用方面也很有前景，已成为研发高性能电路(如CPU)的重要技术，并被认为会成为0．1肚mCMOS的主要技术。Ge／Si异质结器件由于其高速特性，已成为在射频领域及在Si和GaAs之间性／价比最合适的应用。Fe一图LM上(2002年修订版)．2003．RAM因其快速、低功耗、非挥发、长寿命、耐辐射等优势而发展迅速。宽禁带的SiC、GaN和AlN等，由于其宽禁带、高击穿电压、抗辐射性能好等特点，其异质结器件在高频、高温、大功率方面具有很好的应用前景，已引起广泛重视，成为研究热点，尽管形成产业尚待时日，但仍是值得注意的发展方向。参考文献[1]张兴，黄如，刘晓彦．微电子学概论[M]．北京：北京大学出版社，2000．[2]中国半导体工业协会编译．国际半导体技术发展路线图[M]．上(2002年修订版)．2003．[3]董云庭．2003～2004年中国电子信息产业回顾与展望[J]．电子产品世界，2004，[4]中国集成电路设计分会年会论文集[M]．中国，西安，2005．