《工程硕士教育集成电路工程领域发展报告》-评估技术水平与指标

8　集成电路工艺技术水平衡量指标

集成电路作为一个国家经济发展的基础产业，重要程度日益突出。集成电路的设计与加工制造能力，尤其是工艺技术水平，决定了一个国家的集成电路产业水平。通常衡量集成电路工艺水平的指标包括以下5个方面:

（1）集成度

集成度是指一个芯片所包含的元件数目或逻辑基本门。集成度越高表明集成的元件数越多、电路功能越强大，同时芯片可靠性更高，功耗更低，体积、重量和成本下降，从而提高了性能/价格比，因此集成度是集成电路技术进步的标志。为了提高集成度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构，现已达到9～10层金属布线^［11］。晶片集成（Wafer Scale Integration，WSI）和三维（3 Dimension，3D）集成技术也趋成熟。正因为集成度的不断提高，集成电路已进入系统芯片（System on Chip，SoC）的时代。

（2）特征尺寸

特征尺寸（Feature Size或Critical Dimension）定义为器件中最小线条宽度（对MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度），也可定义为最小线条宽度与线条间距之和的一半。减小特征尺寸是提高集成度、改进器件性能的关键。特征尺寸的减小主要取决于光刻技术的改进。集成电路的特征尺寸向纳米级发展，目前的规模化生产有0.18μm 、0.15μm 、0.13μm工艺，而90 nm和65 nm的成熟产品已进入市场。Intel已推出45 nm产品，2009年底实现了32 nm工艺量产，2012年将冲击22 nm^［12］。

（3）晶片直径（Wafer Diameter）(www.xing528.com)

为了提高集成度，可适当增大芯片面积。然而，芯片面积的增大导致每个圆片内包含的芯片数减少，从而使生产效率降低，成本提高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。当前的主流晶圆的尺寸为8英寸（200 mm）和12英寸（300 mm），正在向16英寸（400 mm）晶圆迈进。

（4）芯片面积（Chip Area）

随着集成度的提高，每颗芯片所包含的晶体管数不断增多，芯片面积也随之增大。芯片面积的增大也带来一系列新的问题，如大芯片封装技术、成品率以及由于每个大圆片所含芯片数减少而引起的生产效率降低等。当然，随着封装技术和集成工艺的不断改进，上述问题一定可以得到解决的。

（5）封装（Package）

集成电路的封装最初采用插孔封装（Through-Hole Package，THP）形式。目前，为适应电子设备高密度组装的要求，表面安装封装（Surface-Mount Package，SMP）技术已广泛应用。在电子设备中使用SMP的优点是能节省空间、改进性能和降低成本，SMP不仅体积小，而且可安装在印制电路板的两面，使电路板的费用降低60%，并使性能得到改进。近几年系统级封装技术（System in Package，SiP）也得到迅速发展，SiP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。目前SiP主要用于低成本、小面积、高频高速以及生产周期短的电子产品上，如功率放大器（Power Amplifier，PA）、全球定位系统、蓝牙模块（Bluetooth）、影像感测模块、记忆卡等便携式产品市场。