21世纪半导体制造工艺展望
一、新工艺即将出现
首先,技术的飞速进步已经超过了人们的想像,130nm(0.13微米)制程将在2001年正式启用,并非1999年预测时的2002年。从0.18微米过渡到0.13微米不到两年时间,由此可推断0.1微米制造最早会在2003年初出现。不过,上述推测并没有包括实际制造环境对技术发展带来的影响,在现实世界中,引入一个新制程是非常困难的事情。不仅需要大量资金和设备,重新建造合适的厂房也需要一段时间,英特尔花了三年和近10亿美元才研制出奔腾4,由此可见一斑。
仅仅提高电路平版印刷技术还不足够,掩模科技也需要有突破,才能在设计和测试中,减少度量错误。此外,对于技术发展阶段的命名也有大量的争议,为了更精确地反映半导体技术的突破点,SC 2.0把0.1微米(100nm)制程改进为0.091微米(91nm)。
再次,技术生产工具的变化大得令人吃惊,每月生产10万单位IC(integrate circuit,集成电路)芯片已经是很平常的事,技术改革周期也缩短至三个月。按照上述发展速度,65nm、45nm、33nm、22nm制程将分别在2007、2010、2013、2016年出现。
新工艺的进步促使了术语的改变,过去我们常用0.18、0.13mm(micron metric,微米),以后就要把单位改成nm(nanometer metric,纳米、毫微米、十亿分之一米),如:0.18微米 = 180纳米,0.13微米 = 130纳米,避免术语不同造成的混淆。
二、ITRS SC 2.0
1992-1997年的ITRS由美国SIA(Semiconductor Industry Association,半导体工业协会)来制订,1999/2000年分为了五部分:美国、欧洲、日本、韩国和台湾,共同合作来推出新预测,而且发展信息包括了平版印刷、设计、测试和处理整合等12个ITWG(international technology working groups,国际技术工作组)的意愿,准确率比以前大为提高。
ITRS SC 2.0最重要的改变是加入了物理端MPU/ASIC门电路长度的预测,而不再是仅仅提任可印刷门电路长度的数据,它主要为微处理器制造商/高性能ASIC制造商服务,让英特尔、AMD等公司了解到可印刷缩版和蚀刻版画的种类。ITRS变得越复杂,越能反映实现,比如:130nm让半导体制造商可以生产出几种不同的晶体管:经过优化的用于高速设备,普通型用于手机,低能耗型的用于PDA。
三、发展不足之处
半导体制造工艺之所以能够飞速成发展,原因是光学平版印刷的发展超过预期,基于KrF激光的248nm设备拥有光学接近修正、相位跳转掩模和改良的抗阻,很容易扩宽整个产品线。不过,到了100nm时代,248nm扫描器必须被193nm波长的Arf激光设备所取代,而193nm平版印刷工具还没成熟,甚至连透镜建造层、钙氟化物等基本的原料也未能充足供应,制成品的质量亦未能如意。至于157nm氟激光平版印刷,更是遥远的事情,也许要到70nm制程才能初出茅庐。
第二个发展缓慢的领域是门电路氧化物原材料,从纯净的二氧化硅变成氧氮化物(SiO2膜层涂上氮),其处理过程十分复杂,仅有少量公司能生产,而且并非完全纯净,还残流了铪氧化物或锆氧化物。唯一令人欣慰的是,氧氮化物的发热量比二氧化硅少一些,适合制造高速芯片。下一个ITRS发展会议将在2001年春季的法国格勒诺布尔举行,希望到时能有所改进。