90nm工艺及其相关技术

ITRS2001规划2004年实现90nm工艺,英特尔、AMD等世界顶级半导体公司将于2003年采用90nm工艺量产微处理器和逻辑器件。这样使ITRS2001整整提前了一年。90nm工艺包括193nm光刻技术、高k绝缘材料、高速多层铜互连技术、低k绝缘材料、应变硅技术和电压隔离技术等新技术。193nm光刻技术是实现90nm工艺达量产的最关键技术,为此,必须采用193nmArFstepper(准分子激光扫描分步投影光刻机)。讨论了90nm工艺达量产的难点,如掩模版成本较高、成品率较低和应用面暂时不宽等。

300mm晶圆芯片制造技术的发展趋势

采取300mm晶圆是半导体生产发展的必然规律。300mm晶圆与90nm工艺是互动的。90nm新工艺主要包括193nm光刻技术、铜互连、低k绝缘层、CMP、高k绝缘层、应变硅和SOI等。本文着重讨论300mm晶圆芯片制造技术的发展趋势。

ITRS 2001与芯片特征尺寸的缩小

2001《国际半导体技术指南(ITRS)》规划出半导体技术未来15年内的发展。它主要强调芯片特征尺寸的进一步缩小,2001年0.13μm,2004年90nm,2007年70nm,2010年50nm,2013年30nm,2016年22nm。阻碍芯片特征尺寸缩小的关键是光学光刻技术,为此,世界各强国加速开发下一代光学光刻技术,如157nm光学光刻、电子束光刻(EBL)和极紫外线(EUVL)光刻等。展望了缩小芯片特征尺寸的前景和存在的问题。

铜互连及其相关工艺

介绍了铜互连、金属间低K绝缘层和CMP工艺。ITRS2001/1999对铜互连、金属间低K绝缘层和CMP工艺提出了具体的要求和进程。ITRS2001比ITRS1999整整提前了一年。铜互连和金属间低K绝缘层可解决布线RC延迟问题,CMP可解决晶圆表面不平整问题。IC特征尺寸、铜互连层厚度、金属间低K绝缘层厚度和Cu/低K鄄CMP所用研磨膏粒子尺寸都已步入纳米级,从而进一步提高了高端IC的密度和速度。

低k绝缘层及其设备

铜互连、金属间低k绝缘层(k<3)和CMP工艺已成为制造高端IC的一个标准工艺。本文介绍了厚度已步入纳米尺度的低k绝缘层的最新研究动态和当前几种常用低k绝缘层材料,如FOx低k旋涂材料、黑金刚石系列低k薄膜和CORAL低k材料等。另外,还介绍了有关低k绝缘层材料的几种设备,如生长设备、蚀刻设备和低kCMP设备。

纳米器件的发展动态

介绍了纳米CMOS器件、纳米电子器件和量子器件的发展动态,提出以信息载体来分类纳米器件的方式。在纳米CMOS器件方面,主要介绍近半年来65nm工艺及器件的最新动态;在纳米电子器件方面,主要介绍共振隧穿器件(RTD)的动态;在量子器件方面,主要介绍量子器件和半导体自旋器件的概况。

45nm工艺与关键技术

介绍了45 nm芯片所采用的关键工艺技术:193 nm ArF干法/浸没式光刻技术、低k电介质技术、高k电介质技术和应变硅技术等。英特尔45 nm全功能153 MB SRAM芯片与65 nm芯片相比,晶体管密度提高了2倍,晶体管开关速度提高20%以上,晶体管漏电流降低到65 nm芯片的1/5,存储单元面积为0.346μm2。指出英特尔45 nm芯片MPU将在2007年下半年实现量产,并且继英特尔之后,TI、IBM、特许、英飞凌、三星、台积电和台联电等均已推出了45 nm芯片,说明45 nm芯片技术正在日益走向成熟。

65nm/45nm工艺及其相关技术

介绍了65nm/45nm工艺的研究成果、157nmF2stepper技术、高k绝缘层和低k绝缘层等技术。着重讨论了157nmF2stepper的F2激光器、透镜材料、光刻胶和掩模材料问题。

高k绝缘层研究动态

介绍了ITRS2003对高k绝缘层材料的要求、高k绝缘层材料必须满足的要求、高k绝缘材料(尤其是HfSiON材料)研究成果以及研究中存在的问题。

65nm芯片设计和制造中的几个问题

65nm芯片的设计需要采用可制造性设计(DFM)、多种分析方法和团队通力合作的精神;65nm芯片制造工艺需采用193nm浸入式光刻技术、等效离子掺杂技术、原子层沉积技术、低应力CMP工艺及无损伤清洗技术;65nm芯片制造设备需要全自动化和布局微型化等。

白色发光二极管及其驱动电路

介绍白色发光二极管(LED)的特性、优点、种类,用途和前景。讨论不同的白色LED驱动电路。不同尺寸的LCD和不同电池的电压应采取不同的白色LED驱动电路。

纳米技术将推动IC产业继续前进

在未来10～15年内有两条主流将引导IC产业的发展:一条是延续摩尔定律、纳米SiCMOS技术,以提高芯片的速度和频率;另一条是超越摩尔定律。后者分成三个支流:双核和多核处理器、纳米SiCMOS技术,以提高芯片性能;在单个封装内集成整个系统,纳米SiCMOS技术,以提高芯片容量和功能;采用纳米技术研发纳米CMOS器件以外的纳米器件,如碳纳米管、共振隧穿器件等,以突破SiCMOS技术为主。

从美日之争看微纳米半导体技术的研究与发展

美国与日本在微米半导体和纳米半导体领域的竞争由来已久。1986～1992年日本在微米半导体方面领先于美国,尤其在DRAM领域,NEC、东芝和日立成为世界最强的前三名半导体公司,日本成为世界头号半导体大国。1993年至今美国在亚微米、深亚微米半导体的竞争中战胜了日本,尤其在微处理器、微控制器、标准逻辑器件、闪存、PLD和模拟器件等领域,英特尔成为世界最大的半导体公司,美国再次登上世界半导体市场的头把交椅。近10年,日本在纳米半导体领域向美国挑战,日本在纳米技术的许多方面领先于美国,两国的竞争正处于白热化。

3D封装的发展动态与前景

3D封装是手机等便携式电子产品小型化和多功能化的必然产物。3D封装有两种形式,芯片堆叠和封装堆叠。文章介绍了芯片堆叠和封装堆叠的优缺点、关键技术、最新动态和发展前景。

SMT设备与PCB检测设备的发展动态

介绍了SMT(表面贴装技术 )设备和PCB(印制电路板 )检测设备的制造厂商、设备型号。

碳纳米管及其应用

介绍碳纳米管的独特性能及其应用,如优良的导电性能和场发射性能等。

下一代光刻技术的设备

下一代光刻技术是指≤32nm工艺节点的光刻技术。介绍了下一代光刻技术与设备,包括X射线光刻技术、极紫外线光刻技术和纳米压印光刻技术等。

CMP/Post CMP工艺及其设备

对CMP市场、Cu-CMP、低k-CMP、STI-CMP、W-CMP和PostCMP工艺及其设备进行了论述;并介绍了CMP所要求的研磨膏和研磨垫。

无掩模光刻技术的前景

介绍了无掩模光刻技术的现状、存在的问题和前景展望;说明了无掩模光刻技术的最大优点即是降低掩模成本;同时还介绍了电子束光刻技术及其改进。

低k电介质及其设备

低k电介质、Cu互连和CMP已成为90/65/45nm芯片制造的标准工艺。90nm工艺要求k=3.0～2.9,65nm工艺要求k=2.8～2.7,45nm工艺要求k=2.6～2.5,大多采用2.5多孔的低k电介质,如TI、台积电。对于22nm工艺,可能采用碳纳米管(CNT)替代Cu互连。