IC制造技術(shù)關(guān)注特殊工藝 需強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈合作
[導(dǎo)讀]如今，IC制造技術(shù)進(jìn)步的代價(jià)越來(lái)越大，產(chǎn)業(yè)鏈各方必須通力協(xié)作以降低技術(shù)創(chuàng)新的成本。本土企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新的道路上，必須針對(duì)自身的實(shí)際情況，選擇適合自己的發(fā)展策略。近年來(lái)，全球0.16微米以下工藝產(chǎn)能迅速增長(zhǎng)。中
如今，IC制造技術(shù)進(jìn)步的代價(jià)越來(lái)越大，產(chǎn)業(yè)鏈各方必須通力協(xié)作以降低技術(shù)創(chuàng)新的成本。本土企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新的道路上，必須針對(duì)自身的實(shí)際情況，選擇適合自己的發(fā)展策略。
近年來(lái)，全球0.16微米以下工藝產(chǎn)能迅速增長(zhǎng)。中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，從2003年第一季度到2007年第三季度，0.16微米以下工藝產(chǎn)能由24.8萬(wàn)片/周增至123.7萬(wàn)片/周。為縮短與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)在技術(shù)上的差距，持續(xù)投資以增強(qiáng)創(chuàng)新能力是本土集成電路制造企業(yè)的必然選擇。
制造工藝向高端發(fā)展
集成電路的技術(shù)水平通常用微細(xì)加工精度和芯片集成度來(lái)衡量，前者是就工藝水平而言，后者是指單一芯片中所含有的晶體管數(shù)量。目前，世界集成電路大生產(chǎn)水平最高已經(jīng)達(dá)到45納米，而主流大生產(chǎn)線的技術(shù)水平為90納米，存儲(chǔ)器與CPU(中央處理器)的主流制造技術(shù)已經(jīng)分別達(dá)到70納米和65納米水平。
新的集成電路制造技術(shù)包括浸液式光刻、銅互連及低k(介電常數(shù))介質(zhì)材料等，盡管存在大量的挑戰(zhàn)，但新技術(shù)基本上能與工業(yè)發(fā)展同步前進(jìn)。業(yè)界已經(jīng)確信193納米浸液式光刻在65納米及45納米技術(shù)中已取得全面成功。浸液式光刻
已經(jīng)順利地渡過(guò)45納米工藝技術(shù)，而對(duì)于下一步32納米技術(shù)，是繼續(xù)發(fā)展大數(shù)值孔徑的浸液式光刻技術(shù)，還是采用EUV(極紫外)技術(shù)目前尚難下定論。
2006年1月，英特爾展示一顆實(shí)驗(yàn)性45納米工藝靜態(tài)SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)芯片，該芯片上面是緩存、中間是輸入輸出等功能電路、下面是測(cè)試器，晶體管總數(shù)超過(guò)10億。2007年11月，英特爾又發(fā)布了采用45納米工藝、基于高k金屬柵技術(shù)的高端處理器芯片，這標(biāo)志著45納米產(chǎn)品正式投入商用。美國(guó)應(yīng)用材料公司高級(jí)顧問(wèn)莫大康告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者：“在晶體管工藝制造中采用二氧化硅作為柵極絕緣材料，實(shí)質(zhì)上已逼近物理極限。英特爾選擇在45納米節(jié)點(diǎn)采用高k介質(zhì)及金屬柵材料，使用一種全新的CMOS(互補(bǔ)型金屬-氧化物-半導(dǎo)體)工藝制程結(jié)構(gòu)，可能由此直接打開通向32納米及22納米的道路。”
技術(shù)創(chuàng)新需多方合作
如今，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)垂直分工日益細(xì)化，晶圓代工廠與IC設(shè)計(jì)公司彼此間的領(lǐng)域劃分也相當(dāng)分明。工藝制程技術(shù)的檔次越高，集成電路產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、封測(cè)各環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性要求也就越高。先進(jìn)工藝需要設(shè)計(jì)公司、晶圓廠共同定義工藝要求，并將產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化放到首位。據(jù)莫大康先生透露，在45納米節(jié)點(diǎn)，單個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本高達(dá)2000萬(wàn)美元至5000萬(wàn)美元，一套掩模的費(fèi)用將達(dá)900萬(wàn)美元。所有這些使得設(shè)計(jì)的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)逐漸提高，促使Fabless(無(wú)工廠)模式不斷進(jìn)步和發(fā)展，最大變化在于Fabless與代工廠在工藝上的合作更加緊密。
為了在IC設(shè)計(jì)與制造之間架起一座橋梁，提高集成電路的生產(chǎn)效率和良率，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，DFM(可制造性設(shè)計(jì))應(yīng)運(yùn)而生。中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司可量產(chǎn)設(shè)計(jì)及制程模擬處張立夫處長(zhǎng)表示，當(dāng)器件特征尺寸小于100納米時(shí)，要開發(fā)出成熟的新工藝并使產(chǎn)品生產(chǎn)達(dá)到穩(wěn)定的良率，需耗時(shí)數(shù)年、耗資數(shù)十億美元，因此DFM就顯得尤為必要。DFM對(duì)晶圓代工廠提出了更高的要求，張立夫指出：“晶圓代工廠不僅要在DFM流程的前期就向IC設(shè)計(jì)公司提出可制造的解決方案，還應(yīng)該與設(shè)計(jì)公司合作，參與DFM流程的制定?！?BR>
EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)工具供應(yīng)商也與代工廠形成更緊密的關(guān)系。EDA工具供應(yīng)商必須與代工廠一起工作才能開發(fā)出更好的具有可制造性IC設(shè)計(jì)工具。與此同時(shí)，他們也必須與芯片設(shè)計(jì)公司一起工作以開發(fā)出能縮短設(shè)計(jì)周期和改進(jìn)性能的工具。
客戶也必須在前期付出相當(dāng)大的努力來(lái)確保他們選擇的代工廠擁有EDA工具合作伙伴、單元庫(kù)和能滿足項(xiàng)目需要的其他合作伙伴。客戶與代工廠之間的對(duì)話開始得越早，設(shè)計(jì)成功的機(jī)會(huì)就越大。
國(guó)內(nèi)企業(yè)強(qiáng)調(diào)自身特色
國(guó)內(nèi)IC制造企業(yè)由于實(shí)力相對(duì)較弱，因此在技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中選準(zhǔn)突破口就顯得尤為重要，市場(chǎng)前景、研發(fā)成本等因素都值得慎重考慮。
與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝相比，特殊工藝所受到的降低特征尺寸的壓力較小，研發(fā)與生產(chǎn)成本也相對(duì)較低，因此頗受本土集成電路制造企業(yè)的關(guān)注。華虹NEC市場(chǎng)部總經(jīng)理姚澤強(qiáng)告訴本報(bào)記者，面對(duì)不同的市場(chǎng)需求，華虹NEC將更加關(guān)注嵌入式技術(shù)、BCD(雙極-CMOS-DMOS)技術(shù)、射頻技術(shù)、高壓技術(shù)以及邏輯技術(shù)等領(lǐng)域。華虹NEC針對(duì)市場(chǎng)對(duì)微處理器、通信類、消費(fèi)類和智能卡等IC產(chǎn)品的需求，開發(fā)了性價(jià)比較高的0.25微米CMOS工藝技術(shù)平臺(tái)，集成了領(lǐng)先的閃存技術(shù)，為SoC(系統(tǒng)級(jí)芯片)產(chǎn)品提供了大容量的程序存儲(chǔ)空間。此外，華虹NEC開發(fā)了針對(duì)SoC產(chǎn)品的IP(集成電路知識(shí)產(chǎn)權(quán))資料庫(kù)，創(chuàng)新性地為客戶提供特定IC產(chǎn)品的IP整體解決方案，解決了IC產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段眾多IP的集成困難，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的開發(fā)成功率。
和艦科技以現(xiàn)有的工藝平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)集成創(chuàng)新開發(fā)出更先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，在其0.18微米CMOS工藝平臺(tái)的基礎(chǔ)上開發(fā)了0.162微米工藝，具有低成本、工藝成熟的優(yōu)點(diǎn)，并填補(bǔ)了中國(guó)IC制造廠在該領(lǐng)域的空白。
功率半導(dǎo)體器件也是國(guó)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。一方面，隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品、移動(dòng)通信產(chǎn)品等功能的日益多樣化，電源管理已經(jīng)成為越來(lái)越重要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn);另一方面，隨著功率器件技術(shù)向大功率、高電流密度、高耐壓方向發(fā)展，在電動(dòng)自行車，電動(dòng)工具，汽車電子等方面越來(lái)越多地引入功率半導(dǎo)體器件。以華虹NEC的大功率MOSFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)模塊工藝為例，該技術(shù)克服了以短溝效應(yīng)為首的等比例縮小所帶來(lái)一系列問(wèn)題，同時(shí)，成功將肖特基二極管屏蔽柵電容結(jié)構(gòu)的MOSFET防靜電保護(hù)二極管瞬態(tài)電壓鉗制單元集成到現(xiàn)有電源管理模塊中，大大豐富了工藝子平臺(tái)的多樣性和模塊整體的功能。
近年來(lái)，全球0.16微米以下工藝產(chǎn)能迅速增長(zhǎng)。中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，從2003年第一季度到2007年第三季度，0.16微米以下工藝產(chǎn)能由24.8萬(wàn)片/周增至123.7萬(wàn)片/周。為縮短與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)在技術(shù)上的差距，持續(xù)投資以增強(qiáng)創(chuàng)新能力是本土集成電路制造企業(yè)的必然選擇。
制造工藝向高端發(fā)展
集成電路的技術(shù)水平通常用微細(xì)加工精度和芯片集成度來(lái)衡量，前者是就工藝水平而言，后者是指單一芯片中所含有的晶體管數(shù)量。目前，世界集成電路大生產(chǎn)水平最高已經(jīng)達(dá)到45納米，而主流大生產(chǎn)線的技術(shù)水平為90納米，存儲(chǔ)器與CPU(中央處理器)的主流制造技術(shù)已經(jīng)分別達(dá)到70納米和65納米水平。
新的集成電路制造技術(shù)包括浸液式光刻、銅互連及低k(介電常數(shù))介質(zhì)材料等，盡管存在大量的挑戰(zhàn)，但新技術(shù)基本上能與工業(yè)發(fā)展同步前進(jìn)。業(yè)界已經(jīng)確信193納米浸液式光刻在65納米及45納米技術(shù)中已取得全面成功。浸液式光刻
已經(jīng)順利地渡過(guò)45納米工藝技術(shù)，而對(duì)于下一步32納米技術(shù)，是繼續(xù)發(fā)展大數(shù)值孔徑的浸液式光刻技術(shù)，還是采用EUV(極紫外)技術(shù)目前尚難下定論。
2006年1月，英特爾展示一顆實(shí)驗(yàn)性45納米工藝靜態(tài)SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)芯片，該芯片上面是緩存、中間是輸入輸出等功能電路、下面是測(cè)試器，晶體管總數(shù)超過(guò)10億。2007年11月，英特爾又發(fā)布了采用45納米工藝、基于高k金屬柵技術(shù)的高端處理器芯片，這標(biāo)志著45納米產(chǎn)品正式投入商用。美國(guó)應(yīng)用材料公司高級(jí)顧問(wèn)莫大康告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者：“在晶體管工藝制造中采用二氧化硅作為柵極絕緣材料，實(shí)質(zhì)上已逼近物理極限。英特爾選擇在45納米節(jié)點(diǎn)采用高k介質(zhì)及金屬柵材料，使用一種全新的CMOS(互補(bǔ)型金屬-氧化物-半導(dǎo)體)工藝制程結(jié)構(gòu)，可能由此直接打開通向32納米及22納米的道路。”
技術(shù)創(chuàng)新需多方合作
如今，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)垂直分工日益細(xì)化，晶圓代工廠與IC設(shè)計(jì)公司彼此間的領(lǐng)域劃分也相當(dāng)分明。工藝制程技術(shù)的檔次越高，集成電路產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、封測(cè)各環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性要求也就越高。先進(jìn)工藝需要設(shè)計(jì)公司、晶圓廠共同定義工藝要求，并將產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化放到首位。據(jù)莫大康先生透露，在45納米節(jié)點(diǎn)，單個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本高達(dá)2000萬(wàn)美元至5000萬(wàn)美元，一套掩模的費(fèi)用將達(dá)900萬(wàn)美元。所有這些使得設(shè)計(jì)的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)逐漸提高，促使Fabless(無(wú)工廠)模式不斷進(jìn)步和發(fā)展，最大變化在于Fabless與代工廠在工藝上的合作更加緊密。
為了在IC設(shè)計(jì)與制造之間架起一座橋梁，提高集成電路的生產(chǎn)效率和良率，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，DFM(可制造性設(shè)計(jì))應(yīng)運(yùn)而生。中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司可量產(chǎn)設(shè)計(jì)及制程模擬處張立夫處長(zhǎng)表示，當(dāng)器件特征尺寸小于100納米時(shí)，要開發(fā)出成熟的新工藝并使產(chǎn)品生產(chǎn)達(dá)到穩(wěn)定的良率，需耗時(shí)數(shù)年、耗資數(shù)十億美元，因此DFM就顯得尤為必要。DFM對(duì)晶圓代工廠提出了更高的要求，張立夫指出：“晶圓代工廠不僅要在DFM流程的前期就向IC設(shè)計(jì)公司提出可制造的解決方案，還應(yīng)該與設(shè)計(jì)公司合作，參與DFM流程的制定?！?BR>
EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)工具供應(yīng)商也與代工廠形成更緊密的關(guān)系。EDA工具供應(yīng)商必須與代工廠一起工作才能開發(fā)出更好的具有可制造性IC設(shè)計(jì)工具。與此同時(shí)，他們也必須與芯片設(shè)計(jì)公司一起工作以開發(fā)出能縮短設(shè)計(jì)周期和改進(jìn)性能的工具。
客戶也必須在前期付出相當(dāng)大的努力來(lái)確保他們選擇的代工廠擁有EDA工具合作伙伴、單元庫(kù)和能滿足項(xiàng)目需要的其他合作伙伴。客戶與代工廠之間的對(duì)話開始得越早，設(shè)計(jì)成功的機(jī)會(huì)就越大。
國(guó)內(nèi)企業(yè)強(qiáng)調(diào)自身特色
國(guó)內(nèi)IC制造企業(yè)由于實(shí)力相對(duì)較弱，因此在技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中選準(zhǔn)突破口就顯得尤為重要，市場(chǎng)前景、研發(fā)成本等因素都值得慎重考慮。
與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝相比，特殊工藝所受到的降低特征尺寸的壓力較小，研發(fā)與生產(chǎn)成本也相對(duì)較低，因此頗受本土集成電路制造企業(yè)的關(guān)注。華虹NEC市場(chǎng)部總經(jīng)理姚澤強(qiáng)告訴本報(bào)記者，面對(duì)不同的市場(chǎng)需求，華虹NEC將更加關(guān)注嵌入式技術(shù)、BCD(雙極-CMOS-DMOS)技術(shù)、射頻技術(shù)、高壓技術(shù)以及邏輯技術(shù)等領(lǐng)域。華虹NEC針對(duì)市場(chǎng)對(duì)微處理器、通信類、消費(fèi)類和智能卡等IC產(chǎn)品的需求，開發(fā)了性價(jià)比較高的0.25微米CMOS工藝技術(shù)平臺(tái)，集成了領(lǐng)先的閃存技術(shù)，為SoC(系統(tǒng)級(jí)芯片)產(chǎn)品提供了大容量的程序存儲(chǔ)空間。此外，華虹NEC開發(fā)了針對(duì)SoC產(chǎn)品的IP(集成電路知識(shí)產(chǎn)權(quán))資料庫(kù)，創(chuàng)新性地為客戶提供特定IC產(chǎn)品的IP整體解決方案，解決了IC產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段眾多IP的集成困難，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的開發(fā)成功率。
和艦科技以現(xiàn)有的工藝平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)集成創(chuàng)新開發(fā)出更先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，在其0.18微米CMOS工藝平臺(tái)的基礎(chǔ)上開發(fā)了0.162微米工藝，具有低成本、工藝成熟的優(yōu)點(diǎn)，并填補(bǔ)了中國(guó)IC制造廠在該領(lǐng)域的空白。
功率半導(dǎo)體器件也是國(guó)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。一方面，隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品、移動(dòng)通信產(chǎn)品等功能的日益多樣化，電源管理已經(jīng)成為越來(lái)越重要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn);另一方面，隨著功率器件技術(shù)向大功率、高電流密度、高耐壓方向發(fā)展，在電動(dòng)自行車，電動(dòng)工具，汽車電子等方面越來(lái)越多地引入功率半導(dǎo)體器件。以華虹NEC的大功率MOSFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)模塊工藝為例，該技術(shù)克服了以短溝效應(yīng)為首的等比例縮小所帶來(lái)一系列問(wèn)題，同時(shí)，成功將肖特基二極管屏蔽柵電容結(jié)構(gòu)的MOSFET防靜電保護(hù)二極管瞬態(tài)電壓鉗制單元集成到現(xiàn)有電源管理模塊中，大大豐富了工藝子平臺(tái)的多樣性和模塊整體的功能。
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