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微電子工藝與裝備技術 版權信息
- ISBN：9787030751928
- 條形碼：9787030751928 ; 978-7-03-075192-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
微電子工藝與裝備技術 內容簡介
本書重點介紹半導體集成電路制造工藝技術的基本原理、途徑、集成方法與設備。主要內容包括集成電路制造工藝、相關設備、新原理技術及工藝集成。本書力求讓學生在了解集成電路制作基本原理與方法的基礎上，緊密地聯系生產實際，方便地理解這些原本復雜的工藝和流程，從而系統掌握半導體集成電路制造技術。在此基礎上，結合相關課程培養學生掌握集成電路相關專業所必需的基礎知識、基本理論和基本實驗技能，有助于學生理解這些原本復雜的工藝和流程，為集成電路及半導體工藝技術培養專業的工程性人才打下堅實基礎。本書針對非電子信息專業以及無實踐經驗學生的特點和學習要求，注重由淺入深，理論聯系實際，突出應用和基本技能的訓練，教學儀器及實驗室耗材等全部操作均采用案例教學的方式。
微電子工藝與裝備技術 目錄
目錄
第1章基礎知識 1
1.1集成電路產業介紹 1
1.1.1 基本概念 1
1.1.2 集成電路技術的發展 2
1.1.3 摩爾定律 4
1.2集成電路行業基本材料 6
1.2.1 導體材料 7
1.2.2 絕緣體材料 7
1.2.3 半導體材料 8
1.3集成電路制造工藝 9
1.3.1 集成電路制造 9
1.3.2 硅片制造 10
1.3.3 氧化工藝 11
1.3.4 雜質摻雜 12
1.3.5 化學機械平坦化 12
1.3.6 CMOS后道工藝 13
1.3.7 集成電路測試 14
1.4集成電路基礎知識 16
1.4.1 真空系統 16
1.4.2 等離子體 17
1.5工藝環境及內部控制 18
1.5.1 生產設備(工藝腔體)的沾污 18
1.5.2 清洗工藝 18
1.5.3 潔凈間 19
1.5.4 化學品 20
1.5.5 教學方法及難點 21
第2章物理氣相沉積工藝實驗 23
2.1薄膜沉積引言 23
2.2蒸發實驗原理 24
2.2.1 蒸發的物理機制 24
2.2.2 蒸發工藝分類 25
2.2.3 薄膜沉積速率 26
2.3濺射實驗原理 27
2.3.1 濺射的物理機制 27
2.3.2 濺射工藝分類 29
2.3.3 薄膜沉積速率 29
2.4分子束外延實驗原理 31
2.4.1 外延工藝 31
2.4.2 分子束外延 31
2.5實驗設備與器材 32
2.5.1 實驗環境 32
2.5.2 實驗儀器 32
2.6實驗內容與步驟 35
2.6.1 實驗內容 35
2.6.2 工作準備 35
2.6.3 工藝操作 36
2.6.4 實驗報告與數據測試分析 36
2.6.5 實驗注意事項 37
2.6.6 教學方法及難點 37
第3章化學氣相沉積工藝實驗 39
3.1常規化學氣相沉積實驗原理 39
3.1.1 化學氣相沉積概述 39
3.1.2 常用的 CVD技術 40
3.2原子層沉積實驗原理 43
3.2.1 原子層沉積概述 43
3.2.2 原子層沉積分類 44
3.2.3 原子層沉積的應用 45
3.3實驗設備與器材 46
3.3.1 實驗環境 46
3.3.2 實驗儀器 47
3.3.3 其他實驗器材 48
3.4實驗內容與步驟 48
3.4.1 實驗內容 48
3.4.2 工作準備 49
3.4.3 工藝操作 49
3.4.4 實驗報告與數據測試分析 58
3.4.5 實驗注意事項 58
3.4.6教學方法及難點 59
第4章光刻工藝實驗 61
4.1光刻工藝概述 61
4.2光刻工藝實驗原理 62
4.2.1 曝光系統 62
4.2.2 工藝流程 65
4.2.3 關鍵工藝步驟——對準 68
4.3實驗設備與器材 69
4.3.1 實驗環境 69
4.3.2 實驗儀器 70
4.3.3 儀器操作規程 71
4.4實驗內容與步驟 72
4.4.1 實驗內容 72
4.4.2 工作準備 72
4.4.3 工藝操作 73
4.4.4 實驗報告與數據測試分析 77
4.4.5 實驗注意事項 77
4.4.6 教學方法及難點 78
第5章微納光刻技術及實驗 81
5.1微納光刻技術引言 81
5.1.1 關鍵技術進展 81
5.1.2 中國微納光刻與加工技術發展回顧 81
5.1.3 面臨的挑戰與關鍵問題 84
5.2微圖形設計與掩模制造技術原理 89
5.2.1 圖形設計與數據處理技術 89
5.2.2 分辨率增強技術 91
5.2.3 電子束曝光技術 95
5.2.4 納米結構圖形加工技術 98
5.3實驗設備與器材 99
5.3.1 實驗環境 99
5.3.2 實驗儀器 100
5.4實驗內容與步驟 102
5.4.1 實驗內容 102
5.4.2 工作準備 102
5.4.3 工藝操作 103
5.4.4 實驗報告與數據測試分析 105
5.4.5 實驗注意事項 105
5.4.6教學方法與難點 105
第6章刻蝕工藝實驗 107
6.1刻蝕工藝原理 107
6.1.1 刻蝕工藝概述 107
6.1.2 刻蝕工藝基本參數 108
6.1.3 刻蝕工藝分類 110
6.2等離子體刻蝕原理 115
6.2.1 等離子體 115
6.2.2 等離子體刻蝕 118
6.3干法刻蝕工藝原理 121
6.3.1 干法刻蝕基本原理 121
6.3.2 等離子體刻蝕設備的發展與現狀 124
6.4實驗設備與器材 127
6.4.1 實驗環境 127
6.4.2 實驗儀器 127
6.5實驗內容與步驟 133
6.5.1 實驗內容 133
6.5.2 工作準備 133
6.5.3 工藝操作 134
6.5.4 實驗報告與數據測試分析 134
6.5.5 實驗注意事項 134
6.5.6教學方法及難點 135
第7章離子注入工藝實驗 138
7.1常規離子注入工藝原理 138
7.1.1 離子注入概述 138
7.1.2 離子注入工藝過程 139
7.1.3 束線離子注入 140
7.1.4 離子注入的原理、應用和特點 140
7.1.5 離子注入系統的主要參數 142
7.1.6 離子注入常見問題 148
7.1.7 技術現狀與發展趨勢 152
7.2等離子體浸沒注入工作原理 152
7.2.1 傳統注入遇到的問題 152
7.2.2 等離子體浸沒注入概述 152
7.2.3 等離子體浸沒注入的裝置組成及原理 153
7.2.4 等離子體浸沒注入應用 154
7.3實驗設備與器材 155
7.3.1 實驗環境 155
7.3.2 實驗儀器 156
7.3.3 儀器操作規程 156
7.4實驗內容與步驟 157
7.4.1 實驗內容 157
7.4.2 工作準備 157
7.4.3 工藝操作 158
7.4.4 實驗報告與數據測試分析 158
7.4.5 實驗注意事項 158
7.4.6教學方法與難點 159
第8章工藝集成及微機電系統 160
8.1微機電系統概述 160
8.1.1 微機電系統簡介 160
8.1.2 MEMS學科分類 162
8.1.3 體、表面微機械加工技術 163
8.2典型 MEMS器件工作原理 163
8.2.1 MEMS器件分類 163
8.2.2 壓力傳感器 164
8.2.3 諧振器 165
8.2.4 加速度計、陀螺儀 168
8.2.5 微流控 170
8.3 MEMS工藝集成原理 171
8.3.1 MEMS工藝流程 171
8.3.2 MEMS關鍵工藝 174
8.3.3 MEMS經典工藝流程 177
8.4實驗設備與器材 178
8.4.1 實驗環境 178
8.4.2 實驗儀器 178
8.4.3 儀器操作規程 179
8.5實驗內容與步驟 193
8.5.1 實驗內容 193
8.5.2 工作準備 193
8.5.3 工藝操作 194
8.5.4 實驗報告與數據測試分析 195
8.5.5 實驗注意事項 195
8.5.6教學方法及難點 195
第9章示例課程簡介 197
9.1教學內容 197
9.1.1 課程基本信息 197
9.1.2 教學內容簡介 197
9.1.3 參考教材 198
9.2教學大綱 198
9.2.1 內容提要 198
9.2.2 教學內容 198
9.3教學課時安排 200
9.3.1 總體授課安排 200
9.3.2實驗課程授課安排 201
第10章示例實驗室簡介 205
10.1 背景概述 205
10.1.1 建設實驗室的目的和意義 205
10.1.2 國內外發展趨勢 205
10.2 教學特色 206
10.3 實驗條件 208
10.4 教學儀器 213
10.4.1 集成電路 E系列科教融合儀器 213
10.4.2 光刻系統 213
10.4.3 薄膜沉積 215
10.4.4 刻蝕系統 217
10.5 管理方案及規劃 219
參考文獻 221
第1章基礎知識 1
1.1集成電路產業介紹 1
1.1.1 基本概念 1
1.1.2 集成電路技術的發展 2
1.1.3 摩爾定律 4
1.2集成電路行業基本材料 6
1.2.1 導體材料 7
1.2.2 絕緣體材料 7
1.2.3 半導體材料 8
1.3集成電路制造工藝 9
1.3.1 集成電路制造 9
1.3.2 硅片制造 10
1.3.3 氧化工藝 11
1.3.4 雜質摻雜 12
1.3.5 化學機械平坦化 12
1.3.6 CMOS后道工藝 13
1.3.7 集成電路測試 14
1.4集成電路基礎知識 16
1.4.1 真空系統 16
1.4.2 等離子體 17
1.5工藝環境及內部控制 18
1.5.1 生產設備(工藝腔體)的沾污 18
1.5.2 清洗工藝 18
1.5.3 潔凈間 19
1.5.4 化學品 20
1.5.5 教學方法及難點 21
第2章物理氣相沉積工藝實驗 23
2.1薄膜沉積引言 23
2.2蒸發實驗原理 24
2.2.1 蒸發的物理機制 24
2.2.2 蒸發工藝分類 25
2.2.3 薄膜沉積速率 26
2.3濺射實驗原理 27
2.3.1 濺射的物理機制 27
2.3.2 濺射工藝分類 29
2.3.3 薄膜沉積速率 29
2.4分子束外延實驗原理 31
2.4.1 外延工藝 31
2.4.2 分子束外延 31
2.5實驗設備與器材 32
2.5.1 實驗環境 32
2.5.2 實驗儀器 32
2.6實驗內容與步驟 35
2.6.1 實驗內容 35
2.6.2 工作準備 35
2.6.3 工藝操作 36
2.6.4 實驗報告與數據測試分析 36
2.6.5 實驗注意事項 37
2.6.6 教學方法及難點 37
第3章化學氣相沉積工藝實驗 39
3.1常規化學氣相沉積實驗原理 39
3.1.1 化學氣相沉積概述 39
3.1.2 常用的 CVD技術 40
3.2原子層沉積實驗原理 43
3.2.1 原子層沉積概述 43
3.2.2 原子層沉積分類 44
3.2.3 原子層沉積的應用 45
3.3實驗設備與器材 46
3.3.1 實驗環境 46
3.3.2 實驗儀器 47
3.3.3 其他實驗器材 48
3.4實驗內容與步驟 48
3.4.1 實驗內容 48
3.4.2 工作準備 49
3.4.3 工藝操作 49
3.4.4 實驗報告與數據測試分析 58
3.4.5 實驗注意事項 58
3.4.6教學方法及難點 59
第4章光刻工藝實驗 61
4.1光刻工藝概述 61
4.2光刻工藝實驗原理 62
4.2.1 曝光系統 62
4.2.2 工藝流程 65
4.2.3 關鍵工藝步驟——對準 68
4.3實驗設備與器材 69
4.3.1 實驗環境 69
4.3.2 實驗儀器 70
4.3.3 儀器操作規程 71
4.4實驗內容與步驟 72
4.4.1 實驗內容 72
4.4.2 工作準備 72
4.4.3 工藝操作 73
4.4.4 實驗報告與數據測試分析 77
4.4.5 實驗注意事項 77
4.4.6 教學方法及難點 78
第5章微納光刻技術及實驗 81
5.1微納光刻技術引言 81
5.1.1 關鍵技術進展 81
5.1.2 中國微納光刻與加工技術發展回顧 81
5.1.3 面臨的挑戰與關鍵問題 84
5.2微圖形設計與掩模制造技術原理 89
5.2.1 圖形設計與數據處理技術 89
5.2.2 分辨率增強技術 91
5.2.3 電子束曝光技術 95
5.2.4 納米結構圖形加工技術 98
5.3實驗設備與器材 99
5.3.1 實驗環境 99
5.3.2 實驗儀器 100
5.4實驗內容與步驟 102
5.4.1 實驗內容 102
5.4.2 工作準備 102
5.4.3 工藝操作 103
5.4.4 實驗報告與數據測試分析 105
5.4.5 實驗注意事項 105
5.4.6教學方法與難點 105
第6章刻蝕工藝實驗 107
6.1刻蝕工藝原理 107
6.1.1 刻蝕工藝概述 107
6.1.2 刻蝕工藝基本參數 108
6.1.3 刻蝕工藝分類 110
6.2等離子體刻蝕原理 115
6.2.1 等離子體 115
6.2.2 等離子體刻蝕 118
6.3干法刻蝕工藝原理 121
6.3.1 干法刻蝕基本原理 121
6.3.2 等離子體刻蝕設備的發展與現狀 124
6.4實驗設備與器材 127
6.4.1 實驗環境 127
6.4.2 實驗儀器 127
6.5實驗內容與步驟 133
6.5.1 實驗內容 133
6.5.2 工作準備 133
6.5.3 工藝操作 134
6.5.4 實驗報告與數據測試分析 134
6.5.5 實驗注意事項 134
6.5.6教學方法及難點 135
第7章離子注入工藝實驗 138
7.1常規離子注入工藝原理 138
7.1.1 離子注入概述 138
7.1.2 離子注入工藝過程 139
7.1.3 束線離子注入 140
7.1.4 離子注入的原理、應用和特點 140
7.1.5 離子注入系統的主要參數 142
7.1.6 離子注入常見問題 148
7.1.7 技術現狀與發展趨勢 152
7.2等離子體浸沒注入工作原理 152
7.2.1 傳統注入遇到的問題 152
7.2.2 等離子體浸沒注入概述 152
7.2.3 等離子體浸沒注入的裝置組成及原理 153
7.2.4 等離子體浸沒注入應用 154
7.3實驗設備與器材 155
7.3.1 實驗環境 155
7.3.2 實驗儀器 156
7.3.3 儀器操作規程 156
7.4實驗內容與步驟 157
7.4.1 實驗內容 157
7.4.2 工作準備 157
7.4.3 工藝操作 158
7.4.4 實驗報告與數據測試分析 158
7.4.5 實驗注意事項 158
7.4.6教學方法與難點 159
第8章工藝集成及微機電系統 160
8.1微機電系統概述 160
8.1.1 微機電系統簡介 160
8.1.2 MEMS學科分類 162
8.1.3 體、表面微機械加工技術 163
8.2典型 MEMS器件工作原理 163
8.2.1 MEMS器件分類 163
8.2.2 壓力傳感器 164
8.2.3 諧振器 165
8.2.4 加速度計、陀螺儀 168
8.2.5 微流控 170
8.3 MEMS工藝集成原理 171
8.3.1 MEMS工藝流程 171
8.3.2 MEMS關鍵工藝 174
8.3.3 MEMS經典工藝流程 177
8.4實驗設備與器材 178
8.4.1 實驗環境 178
8.4.2 實驗儀器 178
8.4.3 儀器操作規程 179
8.5實驗內容與步驟 193
8.5.1 實驗內容 193
8.5.2 工作準備 193
8.5.3 工藝操作 194
8.5.4 實驗報告與數據測試分析 195
8.5.5 實驗注意事項 195
8.5.6教學方法及難點 195
第9章示例課程簡介 197
9.1教學內容 197
9.1.1 課程基本信息 197
9.1.2 教學內容簡介 197
9.1.3 參考教材 198
9.2教學大綱 198
9.2.1 內容提要 198
9.2.2 教學內容 198
9.3教學課時安排 200
9.3.1 總體授課安排 200
9.3.2實驗課程授課安排 201
第10章示例實驗室簡介 205
10.1 背景概述 205
10.1.1 建設實驗室的目的和意義 205
10.1.2 國內外發展趨勢 205
10.2 教學特色 206
10.3 實驗條件 208
10.4 教學儀器 213
10.4.1 集成電路 E系列科教融合儀器 213
10.4.2 光刻系統 213
10.4.3 薄膜沉積 215
10.4.4 刻蝕系統 217
10.5 管理方案及規劃 219
參考文獻 221
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微電子工藝與裝備技術 節選
第1章基礎知識 1.1 集成電路產業介紹 1.1.1 基本概念 當今世界的科技與民生離不開信息產業，信息產業離不開集成電路。其中集成電路產業或者說半導體產業已經成為這場技術革命的重心。其主要技術包括半導體材料技術、集成電路設計、半導體制造工藝技術、微電子裝備技術。 1. 集成電路產業的概念 集成電路制造工藝非常復雜，需要許多特殊工藝步驟、材料、設備以及供應產業。這個產業中有如表1-1所示的幾種基本概念。 表1-1 集成電路產業基本概念 2. 集成電路企業分類 集成電路產業實際上是一個高技術產業。當前比較著名的集成電路企業Logo如圖1-1所示。半導體或集成電路企業有如表1-2所示的分類。 圖1-1當前比較著名的集成電路企業Logo 表1-2 集成電路企業基本分類 1.1.2 集成電路技術的發展 1. 集成電路的發展趨勢 1958年，美國德州儀器(Texas Instruments， TI)公司的Jack St. Clair Kilby所領導的科研組研制出世界上**塊雙極型平面集成電路。該集成電路包括12個器件，基于鍺襯底形成臺面雙極型晶體管和電阻，器件之間通過超聲焊接引線連接。隨著1959年該結果的公開，微電子技術以令世人震驚的速度開始發展，推動著整個社會各行各業的不斷進步 [6，7]。 1965年，美國Intel公司的前董事長戈登？摩爾(Gordon Moore)提出了集成電路發展速度的推測，即半導體芯片上集成的晶體管和電阻數量將每年增加一倍 [8]。后人對該預測進行了擴展，即“摩爾定律”(Moore's Law)，也就是集成電路工藝每三年升級一代，集成度翻二番(4倍)，特征尺寸縮小30%[8-10]。 幾十年來，世界集成電路的發展一直沿著“摩爾定律”的預測路線發展，集成電路產業經歷了小規模、中規模、大規模、超大規模和特大規模集成電路的發展階段。隨著集成電路芯片技術的發展，單塊半導體硅晶片上集成的元器件數目越來越多，性能越來越高，而芯片的成本則越來越低。集成電路的功能和速度飛速提高，推動著整個社會各行各業的進步。 如今，集成電路制造工業作為信息技術的核心和物質基礎，已經成為國民經濟中重要的組成部分。微納光刻與微納米加工技術又是集成電路制造工業中關鍵技術的驅動者，關鍵技術指標繁多，包括如下幾種。 (1)特征尺寸(Critical Dimension)。 (2)均勻性(CD Uniformity)。 (3)套刻對準(Overlay)。 (4)工藝窗口(Process Window)。 (5)產率(Throughput)。 這些技術指標直接決定了集成電路的性能，已經成為衡量半導體制造技術發展程度的重要標準。 集成電路的工藝技術包括光刻、刻蝕、氧化、擴散、摻雜、濺射、化學機械拋光等，涉及數千道工序，工藝非常復雜 [6]。在集成電路制造領域，一個普遍的規律就是“一代設備，一代工藝，一代產品”。隨著芯片制造技術的不斷推進，芯片的特征尺寸不斷縮小，均勻性和產量也不斷提升，單晶圓上的芯片數量不斷遞增。 隨著新型器件結構、新材料、新原理器件和工藝集成技術的不斷進步，硅基工藝已經形成非常強大的產業能力。集成電路的集成度不斷加大，邏輯集成電路的集成度已經達到百萬門級，存儲器和微處理器集成電路的集成度已經達到億門級 [6，7]。 由于制造難度的不斷增加，近年來，“摩爾定律”的周期已經開始逐漸變長 [11]。集成電路行業在業務和技術領域都面臨嚴峻的挑戰與變化，商業環境中的競爭變得越來越激烈。整個集成電路的發展路線如圖1-2所示，進行了三次較大變革。為了滿足市場需求，降低芯片價格和縮短上市時間對于生存都是至關重要的。而新制造裝備系統需要巨額投資，開發下一代工藝技術的巨額成本也使得各公司之間需要共同開發。這迫使許多IDM公司將其商業模式更改為Fabless(沒有晶圓制造能力的半導體公司)或Fablite(有少量晶圓制造的輕晶片IC公司)[12]，并通過開發新市場、新產品和新技術來應對這些挑戰。 圖1-2 集成電路技術的發展路線圖 2. 集成電路的發展特點 總體而言，集成電路發展的特點如下。 (1)特征尺寸越來越小。 (2)硅圓片尺寸越來越大。 (3)芯片集成度越來越高。 (4)時鐘速度越來越高。 (5)電源電壓/單位功耗越來越低。 (6)布線層數輸入/輸出(I/O)引腳越來越多。 其中，以光刻機產業為根基的ASML公司于2018年9月13日宣稱其NXT:2000i符合5nm工藝制程，正開展研究1.5nm工藝制程技術。而以半導體代工產業為根基的臺灣積體電路制造股份有限公司的3nm工廠已經通過環評，于2020年開展量產。 在中國境內，集成電路是昀大的進口產品，中國集成電路進口額持續增長，如圖1-3所示。2022年，進口金額達4155.8億美元，出口金額達到了1539億美元。 圖1-3 中國集成電路進口額持續增長 1.1.3 摩爾定律 集成電子學(也稱為集成微電子)是一個涉及集成電路和功能器件的設計、制造和使用問題的電子領域。這些技術昀早是在20世紀50年代被演繹出來的，其目的是使電子設備小型化，使其在有限空間內以昀小的重量包含日益復雜的電子功能 [8-10]。1959年，仙童半導體(Fairchild Semiconductor)公司和德州儀器公司分別獨自發明了首*集成電路元件。 在泛半導體產業中，將多個電子元器件集成于同一個硅片等半導體材料的襯底上是非常重要的發展步驟和趨勢。從Intel 4004芯片上的2300個晶體管開始，Gordon Moore的著名法則一直指導著晶體管不斷縮小其在微芯片上的密度。而Gordon Moore關于晶體管技術的未來的理論昀早出現在1965年4月的Electronics上[8]。幾年后，由加利福尼亞理工學院教授卡弗？米德(Carver Mead)將其稱為“定律”，摩爾定律繼而成為一種自行推進與實現的預言，體現出了集成電路的發展在集成電路復雜性上的增長趨勢。 之后集成電路發展過程中，陸續發展出了幾種方法，包括用于單個元器件、薄膜結構和半導體集成電路的微組裝技術。每種方法在后續的發展中，都迅速發展并趨于一致， 因此每種方法都部分地借鑒了另一種技術，這也使得許多研究者認為，未來的發展道路是各種方法的有效結合。 甚大規模集成電路設計和制造集成電路所需技術快速的變化，導致新設備和新工藝不斷引入。我們可以大致以集成在一塊芯片上的元件數來劃分集成時代，如表1-3所示[13]。集成電路技術從粗糙的單晶體管到億量級晶體管的微處理器和存儲芯片的顯著發展是一個引人入勝的故事。從1959年**塊商用平面晶體管問世后僅六年， Gordon Moore就觀察到一個驚人的趨勢：每個芯片的元器件數量大約是每年翻一番。 1956年，每個芯片的元器件數量達到約6個組件。Gordon Moore預測到根據這一趨勢推算，十年，也就是1975年，擁有65000個組件的芯片將問世。這種對電路密度指數增長的觀察已經被證明是目前趨勢預測昀好的例子，這就是著名的摩爾定律，如圖1-4所示。1975年之后，隨著經濟形勢的放緩， Gordon Moore將增長趨勢的預測修改為每兩年翻一番 [14]，而Intel公司的首席執行官大衛？豪斯(David House)所預測的是，每18個月會將芯片的性能提高一倍(即更多的晶體管)。尖端芯片生產的工廠成本(EDA軟件、相關硬件、 IP采購、芯片驗證、流片、人力 )則會每四年翻一倍。 表1-3 集成電路的發展時間表 圖1-4 摩爾定律統計圖[4] 國際半導體技術藍圖(International Technology Roadmap for Semiconductors， ITRS)的2013年報告預測，至少在2028年以前，晶體管柵長(電流必須在晶體管流過的距離)及其他重要邏輯芯片的尺寸將繼續縮小。同時報告預測，繼續縮小微處理器中晶體管的尺寸在經濟上不可取 ——集成電路將發展垂直結構并建造多層電路。隨著集成電路及相關產業技術的不斷發展，集成電路產業逐漸構成了一個全面的、端到端的計算生態系統視圖，包括設備、組件、系統、體系結構和軟件。其中包含以下幾方面 [15]。 (1)系統集成：關注如何從設計上在計算機體系架構中整合異構模塊。 (2)系統外連接：關注無線技術。 (3)異構集成：如何將不同技術集成為一體。 (4)異構組件：MEMS、傳感器等其他系統設備。 (5)非CMOS結構：自旋電子學、憶阻器以及其他不是基于CMOS的設備。 (6)摩爾定律升級(More Moore)：繼續關注CMOS元件縮小。 (7)工廠集成：關注新的集成電路生產工具和工藝。 1.2 集成電路行業基本材料 半導體這一名稱是由半導體材料(導電能力介于導體與絕緣體之間)而來的。建成具有單一功能的簡單芯片昀早使用的半導體材料是鍺。按照固體能帶中禁帶寬度的不同，材料導電能力存在差異，可以把固體材料分為三類：絕緣體(Insulator)、半導體(Semiconductor)、導體(Conductor)(圖1-5)。 圖1-5 集成電路材料分類 集成電路產業中，我們主要關注元素周期表族號從Ⅰ A到ⅧA各列中出現的主族元素，如圖1-6所示。例如， ⅢA，3價電子，摻雜半導體材料的元素(主要為B)，常見互連線(Al等)；ⅣA，4價電子，多為半導體材料，以共價鍵形式存在，是集成電路產業中的重點開發對象；Ⅴ A，5價電子，摻雜半導體材料元素(主要為P和As)；Ⅷ A，8價電子，穩定，活性極弱，純氣態，可以安全地用在半導體制造方面；ⅠB，昀佳金屬導體，如Cu取代Al成為主要半導體互連材料；Ⅳ B～ⅥB，常用于耐高溫金屬，改善金屬化過程(尤其是Ti、W、Mo、Ta和Cr)，和硅反應穩定的化合物具有良好的導電性。
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