折疊半導(dǎo)體納米技術(shù)

2016/10/18 9:34:45

半導(dǎo)體納米技術(shù)

納米技術(shù)有很多種，基本上可以分成兩類，一類是由下而上的方式或稱為自組裝的方式，另一類是由上而下所謂的微縮方式。前者以各種材料、化工等技術(shù)為主，后者則以半導(dǎo)體技術(shù)為主。

以前我們都稱 IC 技術(shù)是「微電子」技術(shù)，那是因?yàn)榫�體管的大小是在微米（10-6米）等級(jí)。但是半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展得非常快，每隔兩年就會(huì)進(jìn)步一個(gè)世代，尺寸會(huì)縮小成原來(lái)的一半，這就是有名的摩爾定律（Moore’s Law）。

大約在 15 年前，半導(dǎo)體開始進(jìn)入次微米，即小于微米的時(shí)代，爾后更有深次微米，比微米小很多的時(shí)代。到了 2001 年，晶體管尺寸甚至已經(jīng)小于 0.1 微米，也就是小于 100 奈米。因此現(xiàn)在是奈米電子時(shí)代，未來(lái)的 IC 大部分會(huì)由奈米技術(shù)做成。但是為了達(dá)到奈米的要求，半導(dǎo)體制程的改變須從基本步驟做起。每進(jìn)步一個(gè)世代，制程步驟的要求都會(huì)變得更嚴(yán)格、更復(fù)雜。

制程技術(shù)的挑戰(zhàn)

曝光顯影：在所有的制程中，最關(guān)鍵的莫過(guò)于微影技術(shù)。這個(gè)技術(shù)就像照相的曝光顯影，要把 IC 工程師設(shè)計(jì)好的藍(lán)圖，忠實(shí)地制作在芯片上，就需要利用曝光顯影的技術(shù)。在現(xiàn)今的奈米制程上，不只要求曝光顯影出來(lái)的圖形是幾十奈米的大小，還要上下層結(jié)構(gòu)在 30 公分直徑的晶圓上，對(duì)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度在幾奈米之內(nèi)。這樣的精準(zhǔn)程度相當(dāng)于在中國(guó)大陸的面積上，每次都能精準(zhǔn)地找到一顆玻璃彈珠。因此這個(gè)設(shè)備與制程在半導(dǎo)體工廠里是最復(fù)雜、也是最昂貴的。

半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入納米時(shí)代后，除了水平方向尺寸的微縮造成對(duì)微影技術(shù)的嚴(yán)苛要求外，在垂直方向的要求也同樣地嚴(yán)格。一些薄膜的厚度都是 1 ~ 2 奈米，而且在整片上的誤差小于 5%。這相當(dāng)于在100個(gè)足球場(chǎng)的面積上要很均勻地鋪上一層約1公分厚的泥土，而且誤差要控制在 0.05 公分的范圍內(nèi)。

蝕刻：另外一項(xiàng)重要的單元制程是蝕刻，這有點(diǎn)像是柏油路面的刨土機(jī)或鉆孔機(jī)，把不要的薄層部分去除或挖一個(gè)深洞。只是在半導(dǎo)體制程中，通常是用化學(xué)反應(yīng)加上高能的電漿，而不是用機(jī)械的方式。在未來(lái)的奈米蝕刻技術(shù)中，有一項(xiàng)深度對(duì)寬度的比值需求是相當(dāng)于要挖一口 100 公尺的深井，挖完之后再用三種不同的材料填滿深井，可是每一層材料的厚度只有 10 層原子或分子左右。這也是技術(shù)上的一大挑戰(zhàn)。

除了精準(zhǔn)度與均勻度的要求外，在量產(chǎn)時(shí)對(duì)于設(shè)備還有一項(xiàng)嚴(yán)苛的要求，那就是速度。因?yàn)闀r(shí)間就是金錢，在同樣的時(shí)間內(nèi)，如果能制造出較多的成品，成本自然下降，價(jià)格才有競(jìng)爭(zhēng)力。另外質(zhì)量的穩(wěn)定性也非常重要，不只同一批產(chǎn)品的質(zhì)量要一樣，今天生產(chǎn)的 IC 與下星期、下個(gè)月生產(chǎn)的也要具有同樣的性能，因此質(zhì)量管控非常重要。通常量產(chǎn)工廠對(duì)于生產(chǎn)條件的管制，包括原料、設(shè)備條件、制程條件與環(huán)境條件等要求都非常嚴(yán)格，不容任意變更，為的就是保持質(zhì)量的穩(wěn)定度。