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集成电路制造技术的演进—后摩尔定律时代的工艺
来源:整理综合自《集成电路产业全书》 | 作者:Belle | 发布时间: 2022-09-04 | 525 次浏览 | 分享到:

后摩尔定律时代或后摩尔时代是指集成电路产业和技术在摩尔定律“失效”后所面临的新时代,此时集成电路的发展不再严格遵循摩尔定律所预言的规律。摩尔定律提出半个多世纪以来,已经不止一次被预言即将失效;然而在实际发展中,从事集成电路技术研发的科学家和工程师们每次都能通过采用新工艺、新器件、新材料等来保持摩尔定律持续有效,直到芯片特征尺寸越来越接近物理极限。


从世界集成电路领先企业英特尔公司近期推出的几个技术节点来看,从22nm发展到14nm花了2.5年时间,而从14nm发展到10nm预计需要3年时间(见图6-2)。英特尔的7nm技术可能在2022年量产,这一代用时将超过4年。台积电在新技术代的定义中采用了比英特尔更为宽松的设计规则,所以看起来还能维持每两年一代技术的发展趋势。截止2017年,极紫外光刻机的成熟度尚不能满足大规模量产的需求,而继续采用浸没式深紫外光刻技术必须将集成电路中的一层图形分割成三次甚至四次曝光,这就导致集成电路微缩过程中的图形化难度大大提高。


正是技术难度和成本的双重提升,导致了产业发展相比摩尔定律的预测有所延缓。因此有人说摩尔定律即将或已经终结,从而使集成电路产业的发展进入后摩尔时代。此外,传统意义上代表技术节点的量值(如0.13um)在某种程度上与该技术节点器件的某个特征尺寸(通常在最小物理栅长)直接相关。但是在后摩尔时代,对于技术节点的定义与任何单一特征尺寸已无直接关联,基本上认为某一技术节点相比上一代技术,其集成度增加一倍。


业界对于未来后摩尔时代的技术发展,已分成延续摩尔定律(More Moore)和拓展摩尔定律(More than Moore)两个方向。延续摩尔定律指的是工艺持续微缩,随之将引入新的器件结构、新工艺、新材料,FinFET有望被沿用至7nm节点,5nm以下的节点则可能引入围栅纳米线或其他新型器件,而极紫外光刻机可能在7nm/5nm节点引入量产。拓展摩尔定律所涵盖的技术较多,其中一部分是为满足特定需求而开发的差异化技术;另一部分是为后摩尔时代准备的,如通过三维集成(3D Integration)和三维封装(3D Package)技术,可在维持成本下降的前提下,进一步提高芯片的整体集成度和性能,而硅基光互连及其他非硅基的新型技术也可能被应用到量产中。