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21世紀(jì)半導(dǎo)體制造工藝展望

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

一、新工藝即將出現(xiàn)

  首先,技術(shù)的飛速進(jìn)步已經(jīng)超過(guò)了人們的想像,130nm(0.13微米)制程將在2001年正式啟用,并非1999年預(yù)測(cè)時(shí)的2002年。從0.18微米過(guò)渡到0.13微米不到兩年時(shí)間,由此可推斷0.1微米制造最早會(huì)在2003年初出現(xiàn)。不過(guò),上述推測(cè)并沒(méi)有包括實(shí)際制造環(huán)境對(duì)技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的影響,在現(xiàn)實(shí)世界中,引入一個(gè)新制程是非常困難的事情。不僅需要大量資金和設(shè)備,重新建造合適的廠房也需要一段時(shí)間,英特爾花了三年和近10億美元才研制出奔騰4,由此可見(jiàn)一斑。

  僅僅提高電路平版印刷技術(shù)還不足夠,掩??萍家残枰型黄疲拍茉谠O(shè)計(jì)和測(cè)試中,減少度量錯(cuò)誤。此外,對(duì)于技術(shù)發(fā)展階段的命名也有大量的爭(zhēng)議,為了更精確地反映半導(dǎo)體技術(shù)的突破點(diǎn),SC 2.0把0.1微米(100nm)制程改進(jìn)為0.091微米(91nm)。

  再次,技術(shù)生產(chǎn)工具的變化大得令人吃驚,每月生產(chǎn)10萬(wàn)單位IC(integrate circuit,集成電路)芯片已經(jīng)是很平常的事,技術(shù)改革周期也縮短至三個(gè)月。按照上述發(fā)展速度,65nm、45nm、33nm、22nm制程將分別在2007、2010、2013、2016年出現(xiàn)。

  新工藝的進(jìn)步促使了術(shù)語(yǔ)的改變,過(guò)去我們常用0.18、0.13mm(micron metric,微米),以后就要把單位改成nm(nanometer metric,納米、毫微米、十億分之一米),如:0.18微米 = 180納米,0.13微米 = 130納米,避免術(shù)語(yǔ)不同造成的混淆。                                                                           

                                                                                    

國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖
二、ITRS SC 2.0

  1992-1997年的ITRS由美國(guó)SIA(Semiconductor Industry Association,半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì))來(lái)制訂,1999/2000年分為了五部分:美國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)和臺(tái)灣,共同合作來(lái)推出新預(yù)測(cè),而且發(fā)展信息包括了平版印刷、設(shè)計(jì)、測(cè)試和處理整合等12個(gè)ITWG(international technology working groups,國(guó)際技術(shù)工作組)的意愿,準(zhǔn)確率比以前大為提高。

  ITRS SC 2.0最重要的改變是加入了物理端MPU/ASIC門(mén)電路長(zhǎng)度的預(yù)測(cè),而不再是僅僅提任可印刷門(mén)電路長(zhǎng)度的數(shù)據(jù),它主要為微處理器制造商/高性能ASIC制造商服務(wù),讓英特爾、AMD等公司了解到可印刷縮版和蝕刻版畫(huà)的種類。ITRS變得越復(fù)雜,越能反映實(shí)現(xiàn),比如:130nm讓半導(dǎo)體制造商可以生產(chǎn)出幾種不同的晶體管:經(jīng)過(guò)優(yōu)化的用于高速設(shè)備,普通型用于手機(jī),低能耗型的用于PDA。

三、發(fā)展不足之處

  半導(dǎo)體制造工藝之所以能夠飛速成發(fā)展,原因是光學(xué)平版印刷的發(fā)展超過(guò)預(yù)期,基于KrF激光的248nm設(shè)備擁有光學(xué)接近修正、相位跳轉(zhuǎn)掩模和改良的抗阻,很容易擴(kuò)寬整個(gè)產(chǎn)品線。不過(guò),到了100nm時(shí)代,248nm掃描器必須被193nm波長(zhǎng)的Arf激光設(shè)備所取代,而193nm平版印刷工具還沒(méi)成熟,甚至連透鏡建造層、鈣氟化物等基本的原料也未能充足供應(yīng),制成品的質(zhì)量亦未能如意。至于157nm氟激光平版印刷,更是遙遠(yuǎn)的事情,也許要到70nm制程才能初出茅廬。

  第二個(gè)發(fā)展緩慢的領(lǐng)域是門(mén)電路氧化物原材料,從純凈的二氧化硅變成氧氮化物(SiO2膜層涂上氮),其處理過(guò)程十分復(fù)雜,僅有少量公司能生產(chǎn),而且并非完全純凈,還殘流了鉿氧化物或鋯氧化物。唯一令人欣慰的是,氧氮化物的發(fā)熱量比二氧化硅少一些,適合制造高速芯片。下一個(gè)ITRS發(fā)展會(huì)議將在2001年春季的法國(guó)格勒諾布爾舉行,希望到時(shí)能有所改進(jìn)。

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