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半导体制造的双轮驱动

发布时间:2011/8/22 13:55:53 访问次数:2470

    摩尔定律纵横IT产业发展几十年,左右半导体技术进程迄今未衰,集成度不断攀升,价格持续下降,靠的是什么?从技术发展路线说,靠的是半导体制造的双轮驱动:一个轮子是晶体管尺寸不断缩小,另一个轮子是晶圆尺寸不断增大。
    1.工艺的突飞猛进——特征尺寸的缩小
    集成度是集成电路技术进步的标识性参数,提高集成度的关键是缩小晶体管尺寸,而缩小晶体管尺寸集的关键是微细加工技术,其标志即半导体制遣的特征尺寸,是衡量集成电路T艺水平的关键指标。
    1)什么是特征尺寸
    特征尺寸( feature size),又称为工艺线或关键尺寸,指的是半导体制造工艺可以实现的平面结构的最小尺寸,通常是指最窄的线宽。把集成电路芯片放大,可以看到类似印制电路板上的线条(见图3.1.9(a))。而集成电路的细胞是晶体管,晶体管的物理
实现如图3.1.9(b)所示,是由不同导电物理性能的区域形成,这些区域从平面看就是不同形状、不同尺寸的线条。特征尺寸指的就是可以做到的线宽或间隙的最小尺寸,显然这个尺寸越小,晶体管的尺寸就越小,在硅片的单位面积所容纳的晶体管就越多,集成电路
的集成度就越高。换句话说,同样规模的集成电路,特征尺寸越小,占用的硅片面积就越小,集成电路的成本就越低。

                       

 2)特征尺寸是集成电路水平的标志
    集成电路特征尺寸的大小取决于一系列制造工艺的复杂性和设备的精确度,其中最关键的是光刻工艺和设备,有关技术将在后面专门介绍。特征尺寸越小,技术门槛越高,制造厂需要的投资越大。从早期的几十亿美元到近年超过百亿美元的巨大投资和随之而来的风险,使特征尺寸一次又一次的减小成为企业激烈竞争的焦点。
    特征尺寸的减小带来的进步,不仅仅是集成度的提高。在电路内部,特征尺寸越小,信号传递距离愈短,速度愈快;同时还有工作电源电压降低,功率消耗降低的优点。图3.1.10所示为MOS晶体管器件尺寸缩小比例志与其集成度、电压、电流、传输延迟、消耗功率等性能的变化关系。

                        

    图3.1. 11表示随着特征尺寸从lOμm、3μm、0.5μm到45nm、32nm、lOnm不断减小,集成度以几何级数提高的示意图。

             

    3)特征尺寸变化预测
    自从摩尔定律得到业界认可并日益显示出对推动半导体产业发展的臣大作用以来,不同机构、不同专家推出过许多半导体发展的预测,如图3.1. 12所示是国际半导体工业协会的两次预测。

                   


    这些预测在随后的实际发展中证明,有的比较准确,有的与实际差别较大甚至相去甚远。鉴于预测者所处时期的工艺技术水平和预测者本身的认识能力,预测的准确性出现问题在所难免,出现较大误差也可以理解。但是有些所谓权威机构或专家过于武断的结
论甚至不负责任的断言,往往给缺乏判断能力的新人造成思维禁锢或错误判断,有可能对科技工作发展形成误导,产生负面影响。
    不仅如此,科技界学术危害极大的学术腐败加剧了问题复杂性,对于任何预测、结论、理论等保持清醒的头脑,提倡独立思考,科学分析。    QMV47AP5


 

    摩尔定律纵横IT产业发展几十年,左右半导体技术进程迄今未衰,集成度不断攀升,价格持续下降,靠的是什么?从技术发展路线说,靠的是半导体制造的双轮驱动:一个轮子是晶体管尺寸不断缩小,另一个轮子是晶圆尺寸不断增大。
    1.工艺的突飞猛进——特征尺寸的缩小
    集成度是集成电路技术进步的标识性参数,提高集成度的关键是缩小晶体管尺寸,而缩小晶体管尺寸集的关键是微细加工技术,其标志即半导体制遣的特征尺寸,是衡量集成电路T艺水平的关键指标。
    1)什么是特征尺寸
    特征尺寸( feature size),又称为工艺线或关键尺寸,指的是半导体制造工艺可以实现的平面结构的最小尺寸,通常是指最窄的线宽。把集成电路芯片放大,可以看到类似印制电路板上的线条(见图3.1.9(a))。而集成电路的细胞是晶体管,晶体管的物理
实现如图3.1.9(b)所示,是由不同导电物理性能的区域形成,这些区域从平面看就是不同形状、不同尺寸的线条。特征尺寸指的就是可以做到的线宽或间隙的最小尺寸,显然这个尺寸越小,晶体管的尺寸就越小,在硅片的单位面积所容纳的晶体管就越多,集成电路
的集成度就越高。换句话说,同样规模的集成电路,特征尺寸越小,占用的硅片面积就越小,集成电路的成本就越低。

                       

 2)特征尺寸是集成电路水平的标志
    集成电路特征尺寸的大小取决于一系列制造工艺的复杂性和设备的精确度,其中最关键的是光刻工艺和设备,有关技术将在后面专门介绍。特征尺寸越小,技术门槛越高,制造厂需要的投资越大。从早期的几十亿美元到近年超过百亿美元的巨大投资和随之而来的风险,使特征尺寸一次又一次的减小成为企业激烈竞争的焦点。
    特征尺寸的减小带来的进步,不仅仅是集成度的提高。在电路内部,特征尺寸越小,信号传递距离愈短,速度愈快;同时还有工作电源电压降低,功率消耗降低的优点。图3.1.10所示为MOS晶体管器件尺寸缩小比例志与其集成度、电压、电流、传输延迟、消耗功率等性能的变化关系。

                        

    图3.1. 11表示随着特征尺寸从lOμm、3μm、0.5μm到45nm、32nm、lOnm不断减小,集成度以几何级数提高的示意图。

             

    3)特征尺寸变化预测
    自从摩尔定律得到业界认可并日益显示出对推动半导体产业发展的臣大作用以来,不同机构、不同专家推出过许多半导体发展的预测,如图3.1. 12所示是国际半导体工业协会的两次预测。

                   


    这些预测在随后的实际发展中证明,有的比较准确,有的与实际差别较大甚至相去甚远。鉴于预测者所处时期的工艺技术水平和预测者本身的认识能力,预测的准确性出现问题在所难免,出现较大误差也可以理解。但是有些所谓权威机构或专家过于武断的结
论甚至不负责任的断言,往往给缺乏判断能力的新人造成思维禁锢或错误判断,有可能对科技工作发展形成误导,产生负面影响。
    不仅如此,科技界学术危害极大的学术腐败加剧了问题复杂性,对于任何预测、结论、理论等保持清醒的头脑,提倡独立思考,科学分析。    QMV47AP5


 

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