半导体工业（五）芯片密度的进步

减小特征尺寸和随之可以逐渐增加的电路集成密度有几个好处。在电路性能水平上，有一个显著的优点就是可以增加电路运行速度。更少的电流流动距离和单个设备占用更少的空间，电子信息可以在更短的时间内输入和输出芯片。任何等待个人电脑执行简单操作的人都能体会到更快的性能带来的效果，这样明显会带来生产力的提升。

这些相同尺寸下集成更多的晶体管导致芯片或电路需要更少的功率来运行。运行ENIAC所需的小型发电站已经可以被仅仅依靠一组电池运行的功能强大的笔记本电脑完全取代了。

芯片密度的进步

从SSI水平到ULSI芯片推动了电路向更大的芯片尺寸迈进。分立和SSI芯片的平均边长约为100密耳(0.1英寸)。ULSI芯片的尺寸具体在每边500至1000密耳(0.5至1.0英寸)，或更大的范围内。集成电路是在称为晶圆片的硅(或其他半导体材料，见后续的逐步介绍)薄板上制造的。

在圆形晶圆片上放置方形或矩形晶圆片，在边缘周围留下不可用的区域(见下图)。随着芯片尺寸的增加，这些不可用区域会变得越来越大(下图所示)。为了弥补可用硅的损失，整个行业都在追求更大的晶圆。随着芯片尺寸的增加，20世纪60年代直径1英寸的晶圆已经让位于200和300毫米(8英寸和12英寸)的晶圆。这样直接带来的好处就是生产效率提高了好几倍，因为圆的面积随着半径的数学平方而增加。因此，晶圆直径从6倍增加到12倍，可用于芯片制造的面积增加了四倍。

目前推出直径450毫米(18英寸)晶圆的具体年份是在2012年。尽管经济再次衰退，但450毫米晶圆已经上市，英特尔、台积电和三星宣布计划建立新的晶圆制造生产工厂(晶圆厂)。成本一直是加工更大晶圆的主要障碍。一般来说，简单地扩大300毫米生产线在技术上是不可能的，因为之前的加工工艺完全不满足相应的需要，因此，新的晶圆厂设施是必要的，但这些新设施不是之前所说的供应商设计，测试，并建立扩大产能的工艺工具。

这些产能提升既昂贵又费时。但具有更高效的生产、产量和先进电路集成度所带来的实际优越性推动了行业的持续发展。费用因素也导致了小直径晶圆生产线的保留。对于那些在工厂里生产的老旧生产线来说，没有什么经济上的动力去迁移到更大的晶圆厂。事实上，150毫米(5.9英寸又名6英寸)晶圆和200毫米晶圆仍在使用。

降低缺陷密度

随着特征尺寸的减小，在芯片上(以及在制造过程中)减少缺陷密度和缺陷尺寸的需求变得至关重要。在100 μm大小的晶体管上，1 μm的污垢可能不是问题。在1 μm尺寸上的晶体管中，它成为一个致命缺陷，可以使组件无法操作(下图所示)。污染控制程序已成为微芯片制造成功的必要条件(见后续介绍)。

审核编辑：刘清