半導(dǎo)體工業(yè)之1μm的技術(shù)節(jié)點

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)80年代開始于美國和歐洲，并且長期維持主導(dǎo)地位，并逐漸的變?yōu)橐粋€全球性的產(chǎn)業(yè)。在20世紀(jì)70年代和80年代，1μm特征尺寸既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。機(jī)遇是，隨著尺寸的不斷減小，一個速度和內(nèi)存都大大提高的超大芯片的新時代近在眼前。

挑戰(zhàn)是傳統(tǒng)光刻技術(shù)的局限性，額外的layer，晶圓表面更多的層厚度變化，以及晶圓直徑的增加，等等。在20世紀(jì)90年代初，當(dāng)50%的微芯片生產(chǎn)線在微米或亞微米水平上工作時，1μm的技術(shù)節(jié)點正式被越過。

該行業(yè)的不斷成熟也離不開對于傳統(tǒng)的制造和營銷問題的深入積累。早期，盈利策略是利用創(chuàng)新曲線。這意味著總是第一個研發(fā)成功的廠商(或接近第一個)擁有最新最好的芯片，這樣就可以獲得足夠的利潤來支付研發(fā)和資助新設(shè)計。然而，技術(shù)(競爭)的傳播和過程控制的改進(jìn)使該行業(yè)更加重視生產(chǎn)問題。

生產(chǎn)率因素包括自動化、成本控制、過程表征和控制以及工人效率。晶圓廠的設(shè)備是十億美元級別(30億美元，而且還在上升)，設(shè)備和工藝開發(fā)同樣昂貴。制造特征尺寸小于0.35μm的芯片將需要大量且昂貴的傳統(tǒng)光刻技術(shù)或x射線和深紫外光刻技術(shù)的開發(fā)。

SIA路線圖(IRTS)的挑戰(zhàn)在于需要許多流程，下一代芯片的生產(chǎn)是未知的狀態(tài)。然而，好消息是，該行業(yè)正沿著一條進(jìn)化曲線向前發(fā)展，而不是依賴于革命性的突破。工程師們正在從之前的生產(chǎn)過程中榨取每一點生產(chǎn)力，以尋找一個巨大的技術(shù)飛躍來解決問題。這是走向成熟產(chǎn)業(yè)的另一個標(biāo)志。

一個主要的技術(shù)變革是銅線。鋁線在幾個方面受到限制，特別是在與硅的接觸電阻方面。銅一直是一種較好的導(dǎo)體，但很難沉積和定型。如果它進(jìn)入硅片，它也是電路操作的殺手。IBM開發(fā)了可用的銅制程，用于連接高級芯片，這種技術(shù)的出現(xiàn)幾乎立即得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。

納米時代

微技術(shù)在通俗意義上意味著小。在科學(xué)界，它指的是十億分之一。因此，特征尺寸和柵極寬度以微米表示，如0.018μm。但隨著尺寸的繼續(xù)減小，使用納米(1×10 -9 m)變得越來越普遍，從而使上述柵極寬度為180 nm。

通往納米未來的道路已經(jīng)在SIA的ITRS中勾畫出來了。柵極的寬度為10nm，并且到2016年時，其相應(yīng)的寬度將會更小。在這些級別上，設(shè)備的操作部分僅由少數(shù)原子或分子組成。實現(xiàn)這一目標(biāo)并不容易。隨著設(shè)備尺寸的縮小，一系列可預(yù)見的事件將會發(fā)生。優(yōu)點是科技加工出運(yùn)行速度更快的晶體管和密度更高的芯片。

然而，更小的維度需要更干凈的環(huán)境、增加的過程控制、復(fù)雜的模式工具等等。晶圓直徑將超過450毫米，工廠自動化將達(dá)到工具到工具的水平，并進(jìn)行板載過程監(jiān)控。在更高的細(xì)節(jié)層次上，更多的工藝將需要更復(fù)雜的自動化和管理更高產(chǎn)量的晶圓制造工廠。這些大型工廠的價格將達(dá)到100億美元的水平。這種水平的投資將加快研發(fā)活動和工廠啟動的速度。

審核編輯：劉清