半导体工业之1μm的技术节点

半导体产业在20世纪80年代开始于美国和欧洲，并且长期维持主导地位，并逐渐的变为一个全球性的产业。在20世纪70年代和80年代，1μm特征尺寸既是机遇也是挑战。机遇是，随着尺寸的不断减小，一个速度和内存都大大提高的超大芯片的新时代近在眼前。

挑战是传统光刻技术的局限性，额外的layer，晶圆表面更多的层厚度变化，以及晶圆直径的增加，等等。在20世纪90年代初，当50%的微芯片生产线在微米或亚微米水平上工作时，1μm的技术节点正式被越过。

该行业的不断成熟也离不开对于传统的制造和营销问题的深入积累。早期，盈利策略是利用创新曲线。这意味着总是第一个研发成功的厂商(或接近第一个)拥有最新最好的芯片，这样就可以获得足够的利润来支付研发和资助新设计。然而，技术(竞争)的传播和过程控制的改进使该行业更加重视生产问题。

生产率因素包括自动化、成本控制、过程表征和控制以及工人效率。晶圆厂的设备是十亿美元级别(30亿美元，而且还在上升)，设备和工艺开发同样昂贵。制造特征尺寸小于0.35μm的芯片将需要大量且昂贵的传统光刻技术或x射线和深紫外光刻技术的开发。

SIA路线图(IRTS)的挑战在于需要许多流程，下一代芯片的生产是未知的状态。然而，好消息是，该行业正沿着一条进化曲线向前发展，而不是依赖于革命性的突破。工程师们正在从之前的生产过程中榨取每一点生产力，以寻找一个巨大的技术飞跃来解决问题。这是走向成熟产业的另一个标志。

一个主要的技术变革是铜线。铝线在几个方面受到限制，特别是在与硅的接触电阻方面。铜一直是一种较好的导体，但很难沉积和定型。如果它进入硅片，它也是电路操作的杀手。IBM开发了可用的铜制程，用于连接高级芯片，这种技术的出现几乎立即得到业内的认可。

纳米时代

微技术在通俗意义上意味着小。在科学界，它指的是十亿分之一。因此，特征尺寸和栅极宽度以微米表示，如0.018μm。但随着尺寸的继续减小，使用纳米(1×10 -9 m)变得越来越普遍，从而使上述栅极宽度为180 nm。

通往纳米未来的道路已经在SIA的ITRS中勾画出来了。栅极的宽度为10nm，并且到2016年时，其相应的宽度将会更小。在这些级别上，设备的操作部分仅由少数原子或分子组成。实现这一目标并不容易。随着设备尺寸的缩小，一系列可预见的事件将会发生。优点是科技加工出运行速度更快的晶体管和密度更高的芯片。

然而，更小的维度需要更干净的环境、增加的过程控制、复杂的模式工具等等。晶圆直径将超过450毫米，工厂自动化将达到工具到工具的水平，并进行板载过程监控。在更高的细节层次上，更多的工艺将需要更复杂的自动化和管理更高产量的晶圆制造工厂。这些大型工厂的价格将达到100亿美元的水平。这种水平的投资将加快研发活动和工厂启动的速度。

审核编辑：刘清