- 5楼
Re: IBM晶体管: 100GHz石墨烯晶体管 开发下一代通信设备
- 多年来，科学家们一直为突破IC内部铝连接线的性能局限而奋斗。这些局限包括：相当高的电阻、对电迁移的脆弱性以及应力在合金内引起的孔隙。IC线宽的持续缩小使这些局限更加难以突破。研究人员早已知道铜连接线可以降低电阻，但制造铜连接线的困难和害怕损坏生产晶体管所用工具的心态一直把这种材料排斥在主流生产之外。直到去年年末，当IBM和Motorola宣布他们都独立开发成功六层铜连接线的芯片制造工艺时，一切都改变了。
----IBM的研究人员DanEdelstein解释说：“为了使这种工艺能用于生产，我们必须提供制造图形、沉积和防止铜向硅里扩散的方法”。
----克服障碍的新工艺方法被命名为dualdamascene(双大马士革)：铜先用电解方法镀在大圆片上预先腐蚀的沟道里，然后用化学和机械的方法抛光。
----IBM预先用一种专有材料在沟道内加一层衬里以控制铜的扩散，事后在抛光的铜线上罩一层氮化硅。Motorola的工艺则采用氮化钛作为沟道的衬里材料，它既能防止铜的扩散又有助于铜附着在绝缘体上。
----测量结果表明，铜连接线的电阻率比常用的铝低40～45%。较低的电阻率还有助于提高其它性能。Edelstein说：“你可以按比例减小线的宽度和厚度，从而减小分布电容。采用IBM工艺制成的铜连接线比相应工艺的铝线还细，其分布电容和电路串音都相应减少。” ----采用铜不但能改善性能、提高密度和降低成本，而且更大的优势表现在可靠性上。IBM和Motorola都充分地测试了新的连接线，发现铜连接线抵抗电迁移的能力比铝好得多。在实践中，今天的普通铝连接线已经含有少量百分比的铜以抵御电迁移。
----IBM的科学家发现铜的电迁移(在电压作用下金属原子的漂移)性能提高了两个数量级，并且没有应力迁移(在张应力作用下细线内形成的孔隙)，而在普通连接线里的孔隙显著地增加电阻率。随着IC工艺的进步，连接线在缩小而电流密度在增加，与可靠性问题有关的是连接线而不是晶体管。 ----六层铜金属化是IBM的最新加工工艺技术CMOS7S的一部分。它还包括有效沟道长度为0.12μm的晶体管、1.8V工作电压以及单芯片上最多可达2亿个晶体管的集成水平。Motorola的工艺与IBM的工艺很相似，它具有采用双大马士革工艺制成的六层铜连接线，有效沟道长度0.15μm。
----两家公司的铜连接线技术正在迅速转入生产。CMOS7S技术已在1998年1月开始向专用集成电路客户供货。Motorola的第一个产品是SRAM。该公司宣布夏季供应样品，九月投入生产。
----最后，最快的互连系统将把铜连接线和低介质常数的层间绝缘体结合起来以减小分布电容和串音。最初几代IC采用介质常数接近4的溅射石英或氮化硅。今天，介质常数降到1.5的绝缘材料正在开发中，但开发在机械和热特性上都与晶体管制造工艺、尤其是与制造铜线所用的damascene技术相容的低介质材料却一直是个难关。
----去年12月底，美国德州仪器公司(TI)的研究人员报告说，他们能够把一种介质常数可调的绝缘体Xerogel集成到铜damascene工艺中。Xerogel并不是什么神奇的聚合物，而是多孔的二氧化硅。由于空气的介质常数是1，二氧化硅的孔越多，介质常数就越低。孔隙度还控制Xerogel的机械性能。
----TI开发的工艺是在用damascene工艺制成的相邻铜线之间采用孔隙度为75%、介质常数为1.8的Xerogel。测得的铜线电阻比铝线最多可降30%、电容最多可降14%。这些电气特性的提高以及它们与damascene工艺的相容性预示着Xerogel在IC工业应用上的辉煌前景。
- 作者：hgh 2010-2-9 21:04:00
- 3楼
Re: IBM晶体管: 100GHz石墨烯晶体管 开发下一代通信设备
- 知道随着IBM宣布其开发出高介电金属栅极材料制造技术，它距离发布其第一款32纳米微处理器更近了一步，该技术能减少芯片的晶体管产生的漏电，同时也缩小了芯片的整体规格。据IBM的说法，第一款32纳米芯片将会在2009年下半年发布。IBM和5家合作伙伴一起(AMD、Chartered半导体公司、飞思卡尔公司、英飞凌公司和三星)于12月10日共同宣布此事。IBM第一次宣布其正在采用高介电金属栅极材料技术是在2007年1月。大约在同一时间，英特尔开始深入研究其独有的基于金属铪高介电金属栅极材料的芯片开发技术，该技术随着名为Penryn 的45纳米系列处理器的面市而首次展现。高介电金属栅极材料技术的概念是，寻求减少漏电的方法，当晶体管闲置时这些电能就浪费了。当晶体管变得越来越小，芯片制造商开始寻找新的绝缘材料，以阻止漏电现象的发生。改良的绝缘体的成功之处在于，让性能更高的芯片保留了和上一代微处理器同样的热敏式封装外壳。这种类型的微处理器在IT界非常重要，目前它越来越多地向移动设备发展，例如笔记本电脑、移动电话和掌上电脑。同时，消费者和IT用户正在寻找能够提供更高计算能力、连同电池寿命更长的设备。据IBM的说法，新技术能够制造出只有原来的45纳米芯片一半大小的处理器，同时降低了45%能耗。到目前为止，IBM及其合作伙伴已经开发了32纳米SRAM(静态随机存储器)单元，这在制造下一代处理器的过程中是非常重要的关键技术。这些合作企业也宣布，他们已经开发出了同样基于32纳米工艺的绝缘体上硅晶体技术，该技术有助于开发高性能应用。IBM已经在纽约East Fishkill的制造厂对新设计进行了测试。虽然英特尔已经透露，它在制造过程中使用金属铪作为绝缘体，但IBM拒绝详细说明其高介电金属栅极材料技术的细节。英特尔也在朝着32纳米微处理器发展，其产品也将于2009年推出。首先，公司计划在2008年以一个名为Nehalem的新的芯片系列更新其现有微架构。
- 作者：st 2010-2-9 18:49:00
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