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半导体技术节点介绍 |
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日期:2009-5-30 13:43:32 |
集成度的提高,意味着单个晶体管的尺寸缩小和更加先进的制作工艺。集成电路技术的发展过程,就是把晶体管尺寸做得越来越小的过程,而更小的尺寸对设计和制造设备以及芯片材料等都提出了更为苛刻的要求。半导体产业是由芯片制造商、设备供应商、材料供应商和软件供应商等构成的产业链,任何一项新的工艺在走向成熟之前,都要分别从芯片设计、工艺设备和新型材料这三个主要环节进行大量研究,并使它们之间协调一致。 更小的尺寸迫使设计师更深入地理解工艺的能力,因为设计出不能生产的器件是毫无意义的,通过采用新的架构使形成更为有效的晶体管组织结构,达到提高指令执行速度、提高可靠性以及减少能耗的目的。制造设备与制作工艺之间的关系是个鸡与蛋的关系,光刻机中使用的激光波长越短,光路的干涉和衍射现象就越不明显,晶体管就可以达到更小的线宽。如果设备制造不了解芯片制造商的需求,就不能提前制造出价格可以接受的的机器。在芯片材料方面也需要适当的材料来改进芯片性能。如果芯片厂商对需求没有足够的了解,就不能及时提供需要的材料。 半导体工艺的进步向来是跳跃式的发展过程,而非渐进的过程。为了描述未来芯片的发展细节,IRTS引入了技术节点的概念,并将之定义为“在工艺中实现重大进步”,或者说“每节点实现大约0.7倍的缩小”或“每两个节点实现0.5倍的缩小”。在半导体技术发展路线图的时间轴上,每两个相邻节点之间的时间跨度大约为2~3年,这是技术和市场等综合因素决定的。但是,技术研发中常常会遇到未知的不确定因素,市场对新技术的需求也在不断变化,所以技术节点的跨越时间也会发生变化,大部分技术节点的过渡期是2年,由于技术不成熟而拖延了工程进度的情况也经常出现,而出现技术节点的过渡期推迟到3年的情况。半导体制作工艺从一个节点过渡到另一个节点不断遭遇技术瓶颈,其中只有少部分技术或材料可以移植到下一代节点中,大部分技术或材料需要开辟未知的领域。也就是说,下一个节点的解决方案对技术人员来说都是一个考验,只有通过一系列前瞻性研究,才能获得有关新材料或工艺的经验,以便能够转移到下一个节点。 半导体工业一直沿着性能提高而价格降低的路线发展,因为只有价格低廉的技术才能拥有市场。并且随着技术发展,集成化程度越高,低成本的优点更为明显。多年以来,芯片的价格确实没有随内部晶体管数量的翻番而出现本质性的改变,这就意味着每个晶体管的价格呈下降趋势。随着晶体管数量的增加,设计和制造的技术复杂性激增,设计和制作工艺难度不断增加,良品率下降。特别是进入纳米时代以后,出现了很多原先没有的障碍,而克服这些障碍会使制造成本不断增加。制造芯片的机器随技术复杂性的增加而越来越昂贵。改变工艺而更新设备要付出昂贵的代价。所以,技术节点的改变意味着需要付出巨大的代价,一个技术上可行的制造方案,最终会因成本过高而失去意义。
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