微電子的過去-現(xiàn)在和未來(編輯修改稿)
2025-08-31 16:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 術(shù)的進步 .現(xiàn)在 ,芯片制造業(yè)紛紛采用更先進的技術(shù)來加強自 身競爭力 .這些技術(shù)主要有 : 采用更大尺寸的晶圓 。 銅互連技術(shù)取代鋁互聯(lián)技術(shù) 。 進一步縮小集成電路內(nèi)部 線寬 。 采用新的芯片制造技術(shù) .采用新的材料 . 2. 1. 1 英寸晶圓過渡到 12 英寸晶圓 8 現(xiàn)在業(yè)內(nèi)采用的晶圓直徑一般為 200mm ( 8 英寸) ,目前的趨勢是提升到 300mm ( 12 英寸) .晶圓直徑由 8 英寸過渡到 12 英寸 ,大約可以增加 240 ( 的單位產(chǎn)能 , 降低 30 ( 的制造成本以及約 40 ( 的能源與水資源的 消耗 .300mm 之后將是 450mm ( 18 英寸) , 目前已處于研究階段 , 估計到 2009 年進入生產(chǎn)階段 。 片徑 675mm ( 27 英寸) 的研究預(yù)計將在 2006 年開始研究 . 2. 1. 2 銅互連技術(shù) 鋁在半導(dǎo)體工業(yè)中一直被用來作為芯片中的互連金屬 , 但隨著集成電路特征尺寸的縮小 , 工作頻率的 提高 ,芯片中鋁互連線的電阻已開始阻礙芯片性能的提高 ,因此 ,人們開始在芯片制造中用銅代替鋁來作為 互連金屬 .銅的阻抗系數(shù)只有鋁的一半 , 用銅互連可以減小供電分布中的電壓下降 , 或在電阻不變的情況 下減小同一層內(nèi)互連線之間的耦合電容 ,可降低耦合噪音和信號延遲 ,從而可以達到更高的性能 .而且 ,銅 在金屬遷移方面也更穩(wěn)定 ,因而可容納更高密度的電流 , 從而在減小線寬的同時提高了可靠性 .現(xiàn)在已有 材料共同使用時的可靠性等問題 . 2. 1. 3 采用新的光刻技術(shù) 眾多廠商在其芯片生產(chǎn)中采用了銅互連技術(shù) .但該技術(shù)也并非完美 , 目前 , 還在研究銅與低介電常數(shù)絕緣 集成電路生產(chǎn)中廣泛使用了光刻技術(shù) , 它是芯片制造業(yè)中最關(guān)鍵的工藝光刻技術(shù)的不斷創(chuàng)新 , 使得半 導(dǎo)體技術(shù)一再突破人們所預(yù)期的極限 .目前的芯片制造中廣泛使用的是光學(xué)光刻技術(shù) ,為減小集成電路的 μ 線寬 ,光刻機光源的波長非常短 ,目前多使用深紫外光 (DUV) ,但此技術(shù)難以實現(xiàn) 0. 07 m 以下工藝 ,因此各 廠商正大力研發(fā)下一代非光學(xué)曝光系統(tǒng) ,目前比較看好的有超紫外線光刻系統(tǒng) ( EUV) 等 . 2. 1. 4 新的制造工藝 晶體管猶如一個小開關(guān) ,可以控制電流的通斷 , 但實際上晶體管并不能完全控制電流 , 因此 , 有許多附 加工藝來提高晶體管的性能 .世界兩大微處理器制造商之一 AMD 公司其新研發(fā)的產(chǎn)品 Hammer 就將使用 SOI 技術(shù)來生產(chǎn) ,希望以此來大大提高其產(chǎn)品性能 .SOI 是 IBM 公司開發(fā)成功的芯片制造工藝 ,SOI 硅晶片 使用一個絕緣層隔離在其上蝕刻電路的硅層 ,來避免電子向下層的流動 ,從而使電子的利用率提高 ,進而使 整個芯片的工作效率提高 .同時 ,AMD 公司的老對手 Intel 公司也在其新一代處理器 Prescott 中使用名 為變形硅 ( Strained Silicon) 技術(shù) ,它通過在硅片下安放一層特殊的硅鍺襯底 ,上層硅原子受到襯底原子的作用 力. 而向外運動 ,從而加大了硅原子間的距離 .它可以有效地擴展晶體管的通道 , 從而大幅度提高電流通過能 2. 1. 5 新的材料 隨著集成電路制作工藝的進步 ,集成電路互連金屬間的介質(zhì)材料對性能的影響越來越大 , 以往集成電 路工藝中廣泛使用的介電常數(shù)為 4 的氧化硅和氮化硅濺射介質(zhì)層 ,已不能適應(yīng)新一代銅多層互連技術(shù) .因 此 ,各大廠商都在尋造新的低 K 介質(zhì)材料 ,尤其是在銅互連技術(shù)中使用的絕緣介質(zhì) .Intel 公司在其新推出 的 Prescott 處理器中就使用了一種新型摻碳氧化物絕緣材料 .但目前 ,在這一領(lǐng)域 ,仍有大量研究工作要做 . μ 在尋求合適的低 K 介質(zhì)材料的同時 ,科學(xué)家們同樣在尋找新的高 K 介質(zhì)材料 .在元件尺寸小于 0. 1 m 時 ,柵極絕緣介質(zhì)層的厚度將減小到 3nm 以下 ,如果此時仍用二氧化硅作為柵極絕緣材料 ,柵極與溝道間的 直接隧穿將非常嚴重 ,因此 , 科學(xué)家們正努力尋找合適的高 K 介質(zhì)材料來取代二氧化硅 .2002 年 , 南京大 學(xué), 中科院物理所和摩托羅拉中國研究所宣布他們發(fā)現(xiàn)鋁酸鑭和鑭鋁氧氮這兩種材料在所有候選的高 K 介 質(zhì)材料中有最好的熱穩(wěn)定性 ,有希望在 65nm 以下工藝中取代二氧化硅 . 2. 2 微電子技術(shù)的新方向 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展 ,人們開始從多個方面來發(fā)展半導(dǎo)體技術(shù) ,目前及將來 ,人們會通過許多途徑 嚴兆輝 : 微電子的過去 , 現(xiàn)在和未來 33 發(fā)展微電子技術(shù)來滿足社會生產(chǎn)的需要 ,而不僅僅局限于提高現(xiàn)有的工藝 .這些途經(jīng)有 : SOC 技術(shù) , 納米技 術(shù), MEMS 技術(shù)等 . SOC ( System on chip ) 這一概念是二十世紀九十年代提出的 , 它
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