集成电路制造技术的演进

工艺微缩是集成电路制造技术发展的最重要的特征之一。集成电路（又称芯片）是将微型化的晶体管、电阻器（简称电阻）、电容器（简称电容）、电感器（简称电感）等元器件，以及器件之间的互连线，通过半导体工艺集成在晶片表面上的具有特定功能的电路，因此集成电路与工艺微缩密不可分。工艺微缩表现为随着工艺能力的提高，可以加工出更小尺度的器件，这也就意味着在相同面积的芯片上可以集成更多的器件。

集成电路中的有源区、栅、接触孔、金属互连线等关键部位的大小和间距等关键参数称为特征尺寸，具备某一系列特征尺寸的技术称为技术节点或技术代，如20世纪的0.35um技术代或技术节点，21世纪初的90um技术代，当前14nm/10nm技术代等。在不同的技术节点，决定电路集成度的特征尺寸有所不同。总之，特征尺寸的缩小会带来集成度的提高，从而提高芯片性能，降低单位制造成本，所以说，集成电路技术的进步是以提高集成电路性价比为目的的。

在工艺微缩过程中，特征尺寸的缩小，要求薄膜厚度、pn结深度等工艺参数也随之缩小，这就加大了集成电路制造工艺的难度。图6-1所示的是1971-2017年单个微处理器上集成的晶体管数量的变化。1989年，英特尔公司的80486CPU集成了约100万个晶体管；2015年，甲骨文公司的SPARC M7集成了100亿个晶体管。过去50多年的工艺微缩（或者说集成电路的发展）都是遵循摩尔定律的。

摩尔定律是由美国仙童公司及英特尔公司创始人之一戈登摩尔（Gordon Moore）在1965年首次提出的。目前对摩尔定律较为通用的表述是，在维持最低单元成本的前提下，集成电路可集成的晶体管数量每2年增加约1倍，性能也将提升1倍，或者说集成度每2年提高1倍。因此一般来说，集成电路的每个技术节点的命名与上一个技术节点的命名在数值约为0.7倍的关系，面积约为0.5倍的关系。

摩尔定律预见了信息技术的速度，对集成电路企业布局长期规划和设定研发目标具有指导作用。尽管这种趋势已经持续了半个多世纪，但摩尔定律至今仍被认为是对集成电路技术和产业发展的一种推测，其本质上是一种经济学规律。摩尔定律的实现，使得消费者能以越来越低的价格买到越来越高性能的产品。从22nm之后的几个技术节点的发展来看，与摩尔定律原本预测的发展速度相比，集成电路发展的速度似乎正在逐渐放缓，目前英特尔公司基本上需要2.5年或更长的时间来推出新一代技术。

摩尔定律的长期有效性在很大程度上得益于集成电路制造工艺技术的发展，尤其是新器件、新工艺、新材料的创造发明。在不同的阶段，集成电路制造工艺技术的发展具有不同的特点和规律。
编辑：黄飞