二十一世纪半导体制造工艺前瞻 刘海涛 2001年 6期 半导体是生产电脑的重要电器元件，CPU、内储器及各种芯片无一不是由半导体制成的。如今，随着制造工艺的不断提高，半导体元件的体积越来越小，半导体集成电路速度也越来越快。那么新世纪半导体制造工艺又将出现什么样的变化呢？我们不妨一起来看看今年的ITRS（International Technology Roadmap for Semiconductors，国际半导体技术发展蓝图）SC 2.0。 　　一、全新工艺即将进入应用阶段 　　0.13微米（即130nm）的制造工艺将会在今年内得到应用，并有望在2002年进入全面发展阶段。前不久，英特尔和威盛就纷纷表示产品在今年第三季度会采用0.13微米制造工艺，而AMD公司代号为Thoroughbred和Appaloosa两款GHz以上的处理器也将于今年第四季度采用新工艺生产。由0.18微米过渡到0.13微米不到两年时间，因此很有可能0.1微米制造工艺会在2003年初出现。其实这一点在去年年末已初露端倪，日本印刷（Dai Nippon Printing）决定将与我国台湾半导体厂商联华电子开展技术合作，共同开发用于0.1微米制造工艺的光罩（Photomask）技术。日本印刷将投资30亿日元，扩建在日本上福冈境内的工厂，专为联电制造0.15、0.13微米工艺用的光罩。今后三年内可收到联电30亿日元以上的订单。而它在亚洲遮光膜制品销售市场的占有率，也将从5%提升到30%。《日经新闻》的相关报道指出，除了提供现有的光罩制品外，日本印刷还准备与联电联手开发0.1微米制造工艺用光罩制造技术，并计划从2002年开始运用这项技术。由此可见，在半导体芯片的制造工艺进入超微化的初期，掌握0.1微米以下的新型半导体制造工艺技术已成为欧美、日本等半导体制造企业的研发重心。 　 　　首先仅提高电路平版印刷技术还不够，掩膜科技也需要有突破，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很大的争议。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）。其次生产量也必须不断提高，每个月至少要生产10万个IC（集成电路）板！同时技术改革周期也缩短至三个月。如果按照上述发展速度，预计65nm、45nm、33nm、22nm制程将分别在2007、2010、2013、2016年出现。（^06030201a^） 　　随着工艺水平的提高，技术术语也将发生改变。像制造工艺的单位微米（micron metric）今后就要改成nm（nanometer metric，纳米/毫微米/十亿分之一米）。例如：0.18微米=180纳米，0.13微米=130纳米。 　　二、ITRS SC 2.0 　　1992年至1997年的ITRS是由美国SIA（半导体工业协会）制订的，1999/2000年分为了五部分：美国、欧洲、日本、韩国和我国台湾，共同合作来推出新的预测方案，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，而不再是仅仅提供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技术可以让半导体制造商生产出几种不同的晶体管，其中经过优化的用于高速设备，普通的用于手机，低能耗的用于PDA。 　　三、半导体技术发展面临的困境 　　半导体制造工艺之所以能够快速发展，是因为光学平版印刷的发展超过预期的设想，基于KrF激光的248nm设备拥有光学接近修正、相位跳转掩膜和改良的抗阻，很容易扩宽整个产品线。但是到了100nm时代，248nm扫描器必须被193nm波长的Arf激光设备所取代。而193nm平版印刷工艺还没成熟，而且可能连透镜建造层、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制程才能见到它的“踪影”。 　　此外，门电路氧化物原材料也是制约半导体技术发展的一个重要因素。从纯净的二氧化硅变成氧氮化合物（SiO2膜层涂氮），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，还残留了铪氧化合物或锆氧化合物。惟一令人欣慰的是，氧氮化合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发展会议将在今年春季的法国格勒诺布尔举行，届时这一现状可望有所改进。