集成電路技術的應用現狀和發展趨勢

袁 野，丁秉瑞

（山東科技大學電子信息與工程學院，青島 266590）

1 集成電路技術的發展現狀

分析全球集成電路技術的發展，主要呈現著以下幾方面的特征。一是集成電路的主流技術有了一定推進。目前，主要實現了從16/14m 技術想10nm 技術的突破。16/14nm 技術曾經是2016年集成電路技術的主流，但目前蘋果公司、高通公司所運用的處理器均進入了10nm 技術時代。10nm 技術的性能有了很大的提高，對比16nm 技術減少了30%制程，同時提升20%-35%的功能。二是7nm 技術已經成為當前集成電路技術發展的競爭新高地。

2 集成電路技術的關鍵重點

在集成電路技術的發展過程上，晶圓級三維集成成為了集成電路技術的新焦點，這種融合諸多高端技術的集成技術，逐步實現集成電路在減少體積、增加密度等方面的突破。

（1）在對準、鍵合環節的不精確，易造成電路故障，降低電路可靠性。集成電路技術在對準精度高低上的不同，將會直接影響到集成電路產品的成品率。然而對準精度把控的程度，要著重從對準器和對準標記這兩個重點入手，提升具體操作人員的集成電路對準技能能力。在兩個設備層連接、晶圓連接方面，最為優質的介質是銅。

（2）晶片減薄的技術應用三維集成技術，這同時增加了集成電路密度，容易造成散熱問題。硅基板同金屬材料往往存在電阻現象，電流通過時會產生一定的發熱效應。如果熱量還會繼續生成，芯片背面就會產生一個內應力，在這個內應力的作用下，過熱的芯片會出現直接破裂的現象，加速了芯片的損壞。往往采用的芯片工藝是減薄，可以有效減少內阻，大幅度提升芯片的散熱性能，實現電路穩定性的顯著增加。以此，縮小芯片的體積，這符合集成電路向著小型化不斷發展的趨勢。

（3）硅基板的穿孔操作過程，操作是在不同晶片之間，或者晶圓之間，通過制作的垂直導通，技術上實現晶片互聯現象。其中，利用TSV 技術，能夠使晶片在一個三維方向上實現堆疊密度的最大化。對于不同基板的晶片，通過應用硅基板的穿孔技術，實現整合立體堆棧，也能夠做到縮小晶片體積，達到減小電阻的目的。TSV 技術的實際操作為：首先通孔蝕刻，然后填充通孔。通常來說，穿孔蝕刻的難度較大，這主要取決晶圓的實際厚度。當目標蝕刻的深度較大，通孔的開口尺寸往往也要做出適當的擴大，這樣一來會造成晶片的尺寸增大。同時還要考慮使用的填充材料，其中較為常用銅和硅等材料。TSV 技術制備的工藝流程為：首先通過研磨、蝕刻等工藝，加工晶片，使其減薄。然后采取激光熔化、反映離子刻蝕等方法，將晶片材料通孔。第三采用PECAD 法，將通孔進行側壁操作，進一步制作絕緣層。第四是對通孔底部加工處理，進一步去除襯底的氧化層，暴露出金屬層。第五是利用電化學反應法，開始向通孔內填充一定量的銅金屬。第六是進行研磨、刻蝕，做好銅金屬表面的晶片清除。

3 集成電路技術的發展趨勢

結合企業的具體發展規劃，應該制定5nm 技術的研發實施路線，這代表集成電路技術關鍵突破的發展方向。要充分利用好FinFET 技術路線，加快實現從22/20nm 技術向16/14nm 技術的延伸，力爭實現向10nm 技術、7nm 技術。甚至5nm 技術的突破。當前，實現5nm 技術的工藝路線尚不明確，這也意味著5nm 技術節點的突破，將會使得集成電路技術發展面臨一系列的新技術挑戰。

（1）具體技術問題。5nm 技術的推進實施路線，面臨著來自以下幾個方面的技術挑戰。一是在晶體管的結構方面。目前英特爾發布出的新晶體管結為納米線FET，這被國際半導體技術的路線圖定義成可以實現5nm 技術的具體工藝。但不論FinFET 技術，還是納米線FET 技術，目前基于定論都為時尚早。這種納米線FET 技術具有一定的靜電優勢，但仍舊存在器件寬度問題和能量問題。二是掩膜版的制造方面。集成電路5nm 技術類型由EUV技術模式決定。EUV 掩膜仍具有難度，具體體現在高精度和環境鏈，這影響著具體制作方式，目前EUV 掩膜已獲得一定成效，但也存在問題和不足沒有得到解決，是5nm 技術路線突破后，影響集成電路技術發展的一個主要問題。

（2）主要發展建議。在集成電路技術的產業鏈方面考慮，主要涉及原材料、主要設備、具體設計、制造工藝、封測方式。其中，各個部分又可以分為多個模塊，這些領域中，國內的集成電路技術優勢并不突出，立足實現集成電路技術的產業提升，超越產業鏈更為完善的其他國家，則需要我們從以下的幾個方面入手。一是加大技術研究的力度。國內的集成電路技術更多的依靠國外進口，目前尚沒有突破最為關鍵的技術瓶頸。需要我們的相關技術人員積極主動進行技術研發，不斷提升集成電路技術水平，獲得更多的國際話語權。二是要積極發揮關鍵人才的儲備作用。國內在IC 技術工藝設備研制上，已經有了自己的技術優勢，但同時人才資源的力量還沒有充分發揮。IC 技術裝備業具有一定的的高附加值，這能夠為國家社會、企業公司提供一定效益。

綜上所述，集成電路技術發展，目前已經向7nm 技術、5nm技術的方向發展。我國還面臨很多的問題不足，仍需要我們加大在集成電路技術關鍵領域的研究力度，不斷的發揮技術人才儲備作用，確保提高國內集成電路技術水平，實現我國集成電路技術的的國際地位提升。