進(jìn)入21世紀(jì)，人類步入電子信息時(shí)代。多功能化、便攜化、迅捷化已經(jīng)成為電子產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等已經(jīng)成為信息技術(shù)發(fā)展方向。作為信息產(chǎn)業(yè)基石的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，無疑會(huì)很大程度上決定著信息化速度和電子產(chǎn)品更新?lián)Q代進(jìn)程。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，是以新材料和器件技術(shù)推進(jìn)為前提的，往往是新的功能需要技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)進(jìn)步又呼喚新高性能材料出現(xiàn)。
半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步
與材料息息相關(guān)
如今，器件早以由分立邁入集成。集成電路芯片的出現(xiàn)，給人們生活帶來了深刻變化，出于更快信息處理能力、更大容量信息存貯需要，集成電路技術(shù)進(jìn)步正以更高的速度進(jìn)行著。根據(jù)摩爾定律，每隔18個(gè)月，集成電路芯片單位面積上集成晶體管個(gè)數(shù)會(huì)翻一番，性能也會(huì)提高一倍，價(jià)格也將下降一半。目前，集成電路技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到100nm以下，90nm已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，Intel公司的65nm產(chǎn)品已經(jīng)展示。這里的集成電路百納米以下技術(shù)不同于通常說的"研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性"的納米技術(shù)，納米級(jí)的芯片制造工藝實(shí)際只是晶體管間的連線寬度的減小。與此同時(shí)，用于制造芯片的硅拋光片、外延片主流尺寸也正由8英寸向12英寸過渡。18英寸由于投資回收期太長(zhǎng)，所以能不能發(fā)展、在何時(shí)發(fā)展還是個(gè)未知數(shù)。當(dāng)芯片線寬尺寸降低到50nm以下時(shí)，集成電路將進(jìn)入SoC(systemonchip)階段。
芯片制造領(lǐng)域的90納米與當(dāng)前*流行的0.13微米工藝之間的差別，并不僅僅是數(shù)字上的差別，而且也是技術(shù)與材料差別。英特爾在90納米工藝中，引入了應(yīng)變硅(StrainedSilicon)、高速銅互連以及新型低介電質(zhì)(Low-K)絕緣材料等*技術(shù)，同時(shí)也帶來了更高性能、更低功耗的晶體管。其中，頗為關(guān)鍵的低介電質(zhì)材料能提高芯片中的信號(hào)速度和減少芯片功耗，甚至被認(rèn)為是采用90納米技術(shù)的芯片廠商能否生存的*大挑戰(zhàn)。
應(yīng)變硅技術(shù)也是90納米工藝中*主要的特色技術(shù)，英特爾通過這種材料影響電流以提高晶體管的運(yùn)行速度、提高芯片的工作頻率。
集成電路線寬的降低，對(duì)硅材料雜質(zhì)含量等提出了更高要求，根據(jù)ITRS所載，以12英寸115nm和100nm技術(shù)比較為例：邊緣扣除從3mm發(fā)展到2mm，微區(qū)平面度從≤115nm提高到≤100nm，金屬和顆粒含量等要求也有所提高。
同時(shí)對(duì)集成電路制造中所需光刻膠、超凈高純?cè)噭┑忍岢隽烁咭?guī)格的要求，也推動(dòng)了封裝技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一批新的封裝形式和封裝材料，可見，半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步是與材料性能提高和新高性能材料出現(xiàn)息息相關(guān)的。
發(fā)展IC制造用材料
促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展
世界集成電路還主要以硅集成電路為主，SOI、SiGe、GaAs等集成電路所占比例還不是很大。目前，硅集成電路正向大尺寸、窄線寬方向發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展到12英寸90nm水平。12英寸生產(chǎn)線在全世界已有40多條，而我國(guó)只有中芯國(guó)際在北京的1條生產(chǎn)線。根據(jù)SEMI資料，2004年世界不同國(guó)家及地區(qū)12英寸線生產(chǎn)能力比例，見圖1。
當(dāng)今，世界集成電路制造業(yè)以8英寸線的投片量(按平方英寸計(jì)算)為*大，2004年世界不同尺寸集成電路生產(chǎn)線的月投片量，見圖2。
截至2004年，我國(guó)8英寸生產(chǎn)線有10條，主要集中在上海、蘇州等地，月投片量已經(jīng)接近30萬片。但8英寸、12英寸拋光片、外延片基本從國(guó)外進(jìn)口，*次高純?cè)噭⒐饪棠z也要從國(guó)外進(jìn)口，無形中提高了制造成本，不利于芯片制造業(yè)發(fā)展。
從整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，除2001年跌入低谷后，一直快速發(fā)展。因此，上游硅片行業(yè)出貨量正反映了下游集成電路的發(fā)展。
從集成電路芯片行業(yè)來說，更高性能追求似乎是永無止境的。尤其是操作系統(tǒng)升級(jí)，多媒體應(yīng)用的增強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)游戲、3D游戲的興起，無不對(duì)集成電路性能提出更高要求。因此，許多新技術(shù)、新材料被應(yīng)用到設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝中，集成電路進(jìn)入了百納米以下，封裝也進(jìn)入高密度封裝時(shí)代。在集成電路進(jìn)入了百納米以下后，體硅材料和工藝正接近它們的物理極限，要進(jìn)一步提高芯片的集成度和運(yùn)行速度，需要研制和生產(chǎn)出新的具有更高性能的材料。SOI材料具有電路速度高、高密度、抗輻射、低功耗、耐高溫等特點(diǎn)，同時(shí)具有簡(jiǎn)化工藝流程、提高集成密度、減小軟誤差等優(yōu)勢(shì)，是解決超大規(guī)模集成電路功耗危機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，被譽(yù)為"21世紀(jì)的新型硅基集成電路技術(shù)"，國(guó)際上已有直徑8英寸的SOI材料出售。IBM、Intel公司已在其130納米技術(shù)代集成電路產(chǎn)品中開始采用SOI技術(shù)。可以看出，絕緣體上硅(SOI)晶圓現(xiàn)在已成為一種很好的技術(shù)選擇，SOI技術(shù)有望在45nm以下技術(shù)中取代體硅技術(shù)成為集成電路的主流技術(shù)。
總之，集成電路行業(yè)發(fā)展材料無疑占有很關(guān)鍵地位，是基礎(chǔ)和先導(dǎo)。只有集成電路制造所用材料配套速度跟上來，集成電路產(chǎn)業(yè)才能健康、快速發(fā)展，否則總會(huì)出現(xiàn)受制于人的局面，不利于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展。
