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新技术能撑起芯片业的复兴?

工程师
2002-08-13 22:12:00    评分
在8月12日出版的《财富》杂志刊文指出,尽管经济低迷,2001年芯片市场的销售萎缩了30%,但是芯片制造商对新技术的热衷并未因此而减退,期望新技术能够支撑起芯片业的复兴。 2001年可以说是芯片制造业最为悲壮的一年。据美国半导体工业协会的数据,2001年全球半导体制造商的收入减少了百分之30,仅为1400亿美元,是半导体工业有史以来跌幅最大的年份。   尽管如此,但是这并没有阻止摩尔定律前进的步法,芯片制造商对于新技术的热衷并未因此而减退。芯片巨人英特尔公司的首席财务官Andy Bryant 表示,经济的低迷并没有阻止技术的进步,如果你要想继续呆在芯片制造业,你必须采用更先进的技术。   目前,芯片制造业发展有三大趋势:采用更大尺寸的硅晶片;采用铜线互连技术替代铝线技术;进一步缩小芯片内部电路尺寸,采用0.13微米甚至0.09微米的制造技术。有分析家认为,正是这些技术支撑起芯片业复兴的希望。   现在业内采用的硅晶片直径一般为200毫米,今后的趋势是采用300毫米的硅晶片。300毫米晶片产生的芯片数量是200 毫米硅晶片的2.4倍,从而大大降低每芯片的成本。而且由于300毫米硅晶片的整个生产过程包括了多达350~500个步骤,次品率大大降低。   但是采用生产300毫米硅晶片的代价也是极其昂贵的,因为这意味着昂贵的200毫米生产设备即将被淘汰,而且300毫米晶片生产设备的价格更是贵的离谱,如果芯片制造商的年销售额达不到50亿美元,那么它根本无法承受这笔开支。   促使芯片制造商采用铜线技术的最主要原因来自便携式设备如笔记本电脑和手机的需求。消费者总是希望这类的便携式设备功能更强大,使用的时间更长,这无疑对芯片提出了更高的要求:速度必须更快,但是消耗的功率必须减小,而且不能散发更多的热量,因为这类设备本身体积很小,不可能为芯片专门配置风扇。显然传统的铝线互连技术已经不可能满足这样的要求,铜线技术应运而生,由于铜的电阻比铝小,因而电子能以更快的速度运动,同时产生的热量也不会太多。   业内花费了数年的时间对铜线互连技术进行研究和开发。全球最大的芯片模具设备制造商Applied Materials公司的高级副总裁Ashok Sinha表示,铜线互连技术的开发并非一件易事,否则业内的芯片制造商早就采用该技术了。在这场芯片制造工艺的革新中,Applied Materials公司无疑是一个先行者。这家年产值70亿美元的公司制造的设备几乎涵盖了整个芯片制造工艺流程,包括沉淀系统、蚀刻系统、抛光系统以及芯片缺陷检验系统。   然而芯片的结构是相当复杂的,引入铜线互连技术会引起一系列的问题。例如,铜比铝更难蚀刻,而且通过扩散运动铜原子容易渗如附近的硅材料,从而影响硅的导电性,就象含铅汽油会损坏汽车的废气净化器一样。   芯片制造商曾经试图通过引入二氧化硅绝缘层玻来解决铜的扩散问题,但是二氧化硅的电容相对来说较高,它会吸收电子,从而降低电流的速度。因此芯片制造商转向了所谓的低K绝缘材料,这种材料的电容比二氧化硅要低。但是这类材料在硬度上不如二氧化硅,在芯片抛光工艺时不加注意,这层覆料很容易剥落,当然制造出的芯片也是废品。   就在芯片制造商对此一筹莫展之际,Applied Materials公司推出了multimachine模块解决方案。这是一个整套的解决方案,它解决了芯片制造工业中的棘手问题。在Applied Materials公司的解决方案中,每个模块的模具机器都通过一套软件进行控制,而且每个模块中含有传感器,这样在芯片生产过程中,就可以时刻测量芯片的尺寸和其他参数。当模具机器在晶片上覆盖涂料时,它就可以立刻报告该芯片在厚度上是否与标准芯片有差别,因而在下一步的抛光过程中,抛光机器就会调整该芯片的厚度。该公司的执行副总裁David Wang表示,对于芯片制造商来说时间是赢得市场的关键,而我们的解决方案无疑可以缩短芯片的制造时间,降低次品率,提高生产效率,从而带来芯片成本的降低。   从事芯片制造研究的VLSI (超大规模集成电路)研究公司首席执行官Dan Hutcheson回忆, 早期的芯片制造业的工艺流程与现在有着很大的区别。在20世纪60年代,市场上根本没有成套的芯片制造设备,因而芯片制造商买来各种毫不相干的生产设备之后,还得摸索如何进行对这些设备进行组装,那时成品率很低,在10~20%左右徘徊。然而现在不同了,如果芯片的成品率达不到80%,芯片制造商是不会推向市场的。因而Applied Materials公司在其芯片市场流程集成研发中心投入数亿美元资金也就可以理解了。   对于一个芯片设计者来说,最重要的原则便是芯片的微型化。目前,业内最新款芯片其内部的电路只有0.13 微米,只有人类头发宽度的一千分之一,这意味着在同样大小的芯片上可以集成更多的晶体管,当然芯片的速度也会越快。就拿芯片巨人英特尔的芯片奔腾来说吧,1993年英特尔推出了奔腾第一代,当时奔腾集成了300万个晶体管,而今天同样大小的奔腾4芯片集成了5200万个晶体管。也许这便是摩尔定律的魅力。   但是采用更先进的芯片制造工艺会带来新的困惑。如采用了0.13 微米制造工艺后,芯片的绝缘层和导电层的距离仅有25原子的厚度,因而很难将两者结合在一起。为此,Applied Materials公司开发了新的控制软件和反馈传感器来保证晶片的正确定位。   现在业内的芯片制造商正在逐步采用0.13微米工艺,但是更尖端的制造工艺已经浮出水面。今年秋天英特尔和台湾的TSMC 都将推出0.09 微米芯片制造技术。英特尔首款采用0.09微米工艺生产的奔腾4芯片内核将于2003年第二季度面世,该芯片将集成1亿个晶体管,起始主频将高达3.06GHz。   芯片制造技术的不断进步对于消费者来说无疑是一件好事,但是对于芯片制造商来说这很可能成为一种负担,因为平均每隔两年它们就得对其生产设备进行彻底更新,这是一笔不小的开支。采用全新的技术来更换整套制造设备的费用高达25亿美元,这对于小型芯片制造商无疑是一笔天文数字。因此,很多半导体制造商正在结盟以减少寻求这笔开支。但是如此耗费巨资更新换代值得吗?英特尔的首席财政官Andy Bryant也为此困扰。不过,最终答案总是相同的:对于芯片制造业来说,越快便是越好。(摘译自《财富》,作者Stuart F. Brown)



关键词: 新技术     撑起     芯片业     复兴     芯片     但是     制造商         

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