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半導體制造的雙輪驅動

發布時間:2011/8/22 13:55:53 訪問次數:2444

    摩爾定律縱橫IT產業發展幾十年,左右半導體技術進程迄今未衰,集成度不斷攀升,價格持續下降,靠的是什么?從技術發展路線說,靠的是半導體制造的雙輪驅動:一個輪子是晶體管尺寸不斷縮小,另一個輪子是晶圓尺寸不斷增大。
    1.工藝的突飛猛進——特征尺寸的縮小
    集成度是集成電路技術進步的標識性參數,提高集成度的關鍵是縮小晶體管尺寸,而縮小晶體管尺寸集的關鍵是微細加工技術,其標志即半導體制遣的特征尺寸,是衡量集成電路T藝水平的關鍵指標。
    1)什么是特征尺寸
    特征尺寸( feature size),又稱為工藝線或關鍵尺寸,指的是半導體制造工藝可以實現的平面結構的最小尺寸,通常是指最窄的線寬。把集成電路芯片放大,可以看到類似印制電路板上的線條(見圖3.1.9(a))。而集成電路的細胞是晶體管,晶體管的物理
實現如圖3.1.9(b)所示,是由不同導電物理性能的區域形成,這些區域從平面看就是不同形狀、不同尺寸的線條。特征尺寸指的就是可以做到的線寬或間隙的最小尺寸,顯然這個尺寸越小,晶體管的尺寸就越小,在硅片的單位面積所容納的晶體管就越多,集成電路
的集成度就越高。換句話說,同樣規模的集成電路,特征尺寸越小,占用的硅片面積就越小,集成電路的成本就越低。

                       

 2)特征尺寸是集成電路水平的標志
    集成電路特征尺寸的大小取決于一系列制造工藝的復雜性和設備的精確度,其中最關鍵的是光刻工藝和設備,有關技術將在后面專門介紹。特征尺寸越小,技術門檻越高,制造廠需要的投資越大。從早期的幾十億美元到近年超過百億美元的巨大投資和隨之而來的風險,使特征尺寸一次又一次的減小成為企業激烈競爭的焦點。
    特征尺寸的減小帶來的進步,不僅僅是集成度的提高。在電路內部,特征尺寸越小,信號傳遞距離愈短,速度愈快;同時還有工作電源電壓降低,功率消耗降低的優點。圖3.1.10所示為MOS晶體管器件尺寸縮小比例志與其集成度、電壓、電流、傳輸延遲、消耗功率等性能的變化關系。

                        

    圖3.1. 11表示隨著特征尺寸從lOμm、3μm、0.5μm到45nm、32nm、lOnm不斷減小,集成度以幾何級數提高的示意圖。

             

    3)特征尺寸變化預測
    自從摩爾定律得到業界認可并日益顯示出對推動半導體產業發展的臣大作用以來,不同機構、不同專家推出過許多半導體發展的預測,如圖3.1. 12所示是國際半導體工業協會的兩次預測。

                   


    這些預測在隨后的實際發展中證明,有的比較準確,有的與實際差別較大甚至相去甚遠。鑒于預測者所處時期的工藝技術水平和預測者本身的認識能力,預測的準確性出現問題在所難免,出現較大誤差也可以理解。但是有些所謂權威機構或專家過于武斷的結
論甚至不負責任的斷言,往往給缺乏判斷能力的新人造成思維禁錮或錯誤判斷,有可能對科技工作發展形成誤導,產生負面影響。
    不僅如此,科技界學術危害極大的學術腐敗加劇了問題復雜性,對于任何預測、結論、理論等保持清醒的頭腦,提倡獨立思考,科學分析。    QMV47AP5


 

    摩爾定律縱橫IT產業發展幾十年,左右半導體技術進程迄今未衰,集成度不斷攀升,價格持續下降,靠的是什么?從技術發展路線說,靠的是半導體制造的雙輪驅動:一個輪子是晶體管尺寸不斷縮小,另一個輪子是晶圓尺寸不斷增大。
    1.工藝的突飛猛進——特征尺寸的縮小
    集成度是集成電路技術進步的標識性參數,提高集成度的關鍵是縮小晶體管尺寸,而縮小晶體管尺寸集的關鍵是微細加工技術,其標志即半導體制遣的特征尺寸,是衡量集成電路T藝水平的關鍵指標。
    1)什么是特征尺寸
    特征尺寸( feature size),又稱為工藝線或關鍵尺寸,指的是半導體制造工藝可以實現的平面結構的最小尺寸,通常是指最窄的線寬。把集成電路芯片放大,可以看到類似印制電路板上的線條(見圖3.1.9(a))。而集成電路的細胞是晶體管,晶體管的物理
實現如圖3.1.9(b)所示,是由不同導電物理性能的區域形成,這些區域從平面看就是不同形狀、不同尺寸的線條。特征尺寸指的就是可以做到的線寬或間隙的最小尺寸,顯然這個尺寸越小,晶體管的尺寸就越小,在硅片的單位面積所容納的晶體管就越多,集成電路
的集成度就越高。換句話說,同樣規模的集成電路,特征尺寸越小,占用的硅片面積就越小,集成電路的成本就越低。

                       

 2)特征尺寸是集成電路水平的標志
    集成電路特征尺寸的大小取決于一系列制造工藝的復雜性和設備的精確度,其中最關鍵的是光刻工藝和設備,有關技術將在后面專門介紹。特征尺寸越小,技術門檻越高,制造廠需要的投資越大。從早期的幾十億美元到近年超過百億美元的巨大投資和隨之而來的風險,使特征尺寸一次又一次的減小成為企業激烈競爭的焦點。
    特征尺寸的減小帶來的進步,不僅僅是集成度的提高。在電路內部,特征尺寸越小,信號傳遞距離愈短,速度愈快;同時還有工作電源電壓降低,功率消耗降低的優點。圖3.1.10所示為MOS晶體管器件尺寸縮小比例志與其集成度、電壓、電流、傳輸延遲、消耗功率等性能的變化關系。

                        

    圖3.1. 11表示隨著特征尺寸從lOμm、3μm、0.5μm到45nm、32nm、lOnm不斷減小,集成度以幾何級數提高的示意圖。

             

    3)特征尺寸變化預測
    自從摩爾定律得到業界認可并日益顯示出對推動半導體產業發展的臣大作用以來,不同機構、不同專家推出過許多半導體發展的預測,如圖3.1. 12所示是國際半導體工業協會的兩次預測。

                   


    這些預測在隨后的實際發展中證明,有的比較準確,有的與實際差別較大甚至相去甚遠。鑒于預測者所處時期的工藝技術水平和預測者本身的認識能力,預測的準確性出現問題在所難免,出現較大誤差也可以理解。但是有些所謂權威機構或專家過于武斷的結
論甚至不負責任的斷言,往往給缺乏判斷能力的新人造成思維禁錮或錯誤判斷,有可能對科技工作發展形成誤導,產生負面影響。
    不僅如此,科技界學術危害極大的學術腐敗加劇了問題復雜性,對于任何預測、結論、理論等保持清醒的頭腦,提倡獨立思考,科學分析。    QMV47AP5


 

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