半导体技术进步呼唤高性能材料

发布时间：2005/8/29 19:34:14

  
　　进入21世纪，人类步入电子信息时代。多功能化、便携化、迅捷化已经成为电子产品发展趋势，数字化、网络化等已经成为信息技术发展方向。作为信息产业基石的半导体产业的技术进步，无疑会很大程度上决定着信息化速度和电子产品更新换代进程。半导体产业技术进步，是以新材料和器件技术推进为前提的，往往是新的功能需要技术进步，技术进步又呼唤新高性能材料出现。 

　　半导体技术进步 

　　与材料息息相关 

　　如今，器件早以由分立迈入集成。集成电路芯片的出现，给人们生活带来了深刻变化，出于更快信息处理能力、更大容量信息存贮需要，集成电路技术进步正以更高的速度进行着。根据摩尔定律，每隔18个月，集成电路芯片单位面积上集成晶体管个数会翻一番，性能也会提高一倍，价格也将下降一半。目前，集成电路技术已经发展到100nm以下，90nm已经实现产业化，Intel公司的65nm产品已经展示。这里的集成电路百纳米以下技术不同于通常说的"研究电子、原子和分子运动规律和特性"的纳米技术，纳米级的芯片制造工艺实际只是晶体管间的连线宽度的减小。与此同时，用于制造芯片的硅抛光片、外延片主流尺寸也正由8英寸向12英寸过渡。18英寸由于投资回收期太长，所以能不能发展、在何时发展还是个未知数。当芯片线宽尺寸降低到50nm以下时，集成电路将进入SoC(systemonchip)阶段。 

　　芯片制造领域的90纳米与当前*流行的0.13微米工艺之间的差别，并不仅仅是数字上的差别，而且也是技术与材料差别。英特尔在90纳米工艺中，引入了应变硅(StrainedSilicon)、高速铜互连以及新型低介电质(Low-K)绝缘材料等*技术，同时也带来了更高性能、更低功耗的晶体管。其中，颇为关键的低介电质材料能提高芯片中的信号速度和减少芯片功耗，甚至被认为是采用90纳米技术的芯片厂商能否生存的*大挑战。 

　　应变硅技术也是90纳米工艺中*主要的特色技术，英特尔通过这种材料影响电流以提高晶体管的运行速度、提高芯片的工作频率。 

　　集成电路线宽的降低，对硅材料杂质含量等提出了更高要求，根据ITRS所载，以12英寸115nm和100nm技术比较为例：边缘扣除从3mm发展到2mm，微区平面度从≤115nm提高到≤100nm，金属和颗粒含量等要求也有所提高。 

　　同时对集成电路制造中所需光刻胶、超净高纯试剂等提出了更高规格的要求，也推动了封装技术的发展，出现了一批新的封装形式和封装材料，可见，半导体技术进步是与材料性能提高和新高性能材料出现息息相关的。 

　　发展IC制造用材料 

　　促进集成电路产业健康发展 

　　世界集成电路还主要以硅集成电路为主，SOI、SiGe、GaAs等集成电路所占比例还不是很大。目前，硅集成电路正向大尺寸、窄线宽方向发展，现已发展到12英寸90nm水平。12英寸生产线在全世界已有40多条，而我国只有中芯国际在北京的1条生产线。根据SEMI资料，2004年世界不同国家及地区12英寸线生产能力比例，见图1。 

　　当今，世界集成电路制造业以8英寸线的投片量(按平方英寸计算)为*大，2004年世界不同尺寸集成电路生产线的月投片量，见图2。 

　　截至2004年，我国8英寸生产线有10条，主要集中在上海、苏州等地，月投片量已经接近30万片。但8英寸、12英寸抛光片、外延片基本从国外进口，*次高纯试剂、光刻胶也要从国外进口，无形中提高了制造成本，不利于芯片制造业发展。 

　　从整个集成电路产业发展来看，除2001年跌入低谷后，一直快速发展。因此，上游硅片行业出货量正反映了下游集成电路的发展。 

　　从集成电路芯片行业来说，更高性能追求似乎是永无止境的。尤其是操作系统升级，多媒体应用的增强，网络游戏、3D游戏的兴起，无不对集成电路性能提出更高要求。因此，许多新技术、新材料被应用到设计、芯片制造、封装中，集成电路进入了百纳米以下，封装也进入高密度封装时代。在集成电路进入了百纳米以下后，体硅材料和工艺正接近它们的物理极限，要进一步提高芯片的集成度和运行速度，需要研制和生产出新的具有更高性能的材料。SOI材料具有电路速度高、高密度、抗辐射、低功耗、耐高温等特点，同时具有简化工艺流程、提高集成密度、减小软误差等优势，是解决超大规模集成电路功耗危机的关键技术，被誉为"21世纪的新型硅基集成电路技术"，国际上已有直径8英寸的SOI材料出售。IBM、Intel公司已在其130纳米技术代集成电路产品中开始采用SOI技术。可以看出，绝缘体上硅(SOI)晶圆现在已成为一种很好的技术选择，SOI技术有望在45nm以下技术中取代体硅技术成为集成电路的主流技术。 

　　总之，集成电路行业发展材料无疑占有很关键地位，是基础和先导。只有集成电路制造所用材料配套速度跟上来，集成电路产业才能健康、快速发展，否则总会出现受制于人的局面，不利于整个产业链的良性发展。