21世紀半導體制造工藝展望
一、新工藝即將出現
首先,技術的飛速進步已經超過了人們的想像,130nm(0.13微米)制程將在2001年正式啟用,并非1999年預測時的2002年。從0.18微米過渡到0.13微米不到兩年時間,由此可推斷0.1微米制造最早會在2003年初出現。不過,上述推測并沒有包括實際制造環境對技術發展帶來的影響,在現實世界中,引入一個新制程是非常困難的事情。不僅需要大量資金和設備,重新建造合適的廠房也需要一段時間,英特爾花了三年和近10億美元才研制出奔騰4,由此可見一斑。
僅僅提高電路平版印刷技術還不足夠,掩??萍家残枰型黄?,才能在設計和測試中,減少度量錯誤。此外,對于技術發展階段的命名也有大量的爭議,為了更精確地反映半導體技術的突破點,SC 2.0把0.1微米(100nm)制程改進為0.091微米(91nm)。
再次,技術生產工具的變化大得令人吃驚,每月生產10萬單位IC(integrate circuit,集成電路)芯片已經是很平常的事,技術改革周期也縮短至三個月。按照上述發展速度,65nm、45nm、33nm、22nm制程將分別在2007、2010、2013、2016年出現。
新工藝的進步促使了術語的改變,過去我們常用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,避免術語不同造成的混淆。
二、ITRS SC 2.0
1992-1997年的ITRS由美國SIA(Semiconductor Industry Association,半導體工業協會)來制訂,1999/2000年分為了五部分:美國、歐洲、日本、韓國和臺灣,共同合作來推出新預測,而且發展信息包括了平版印刷、設計、測試和處理整合等12個ITWG(international technology working groups,國際技術工作組)的意愿,準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門電路長度的預測,而不再是僅僅提任可印刷門電路長度的數據,它主要為微處理器制造商/高性能ASIC制造商服務,讓英特爾、AMD等公司了解到可印刷縮版和蝕刻版畫的種類。ITRS變得越復雜,越能反映實現,比如:130nm讓半導體制造商可以生產出幾種不同的晶體管:經過優化的用于高速設備,普通型用于手機,低能耗型的用于PDA。
三、發展不足之處
半導體制造工藝之所以能夠飛速成發展,原因是光學平版印刷的發展超過預期,基于KrF激光的248nm設備擁有光學接近修正、相位跳轉掩模和改良的抗阻,很容易擴寬整個產品線。不過,到了100nm時代,248nm掃描器必須被193nm波長的Arf激光設備所取代,而193nm平版印刷工具還沒成熟,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,制成品的質量亦未能如意。至于157nm氟激光平版印刷,更是遙遠的事情,也許要到70nm制程才能初出茅廬。
第二個發展緩慢的領域是門電路氧化物原材料,從純凈的二氧化硅變成氧氮化物(SiO2膜層涂上氮),其處理過程十分復雜,僅有少量公司能生產,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,氧氮化物的發熱量比二氧化硅少一些,適合制造高速芯片。下一個ITRS發展會議將在2001年春季的法國格勒諾布爾舉行,希望到時能有所改進。