集成電路器件工藝先導技術研究進展

1、    集成電路器件工藝先導技術研究進展    路文明 劉強摘要：集成電路（ic）產業(yè)是知識密集型、技術密集型和資本密集型產業(yè)。集成電源的出現(xiàn)給電子行業(yè)帶來了新的機遇。集成電路產業(yè)作為國民經濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性、基礎性和主導性產業(yè)，具有很強的創(chuàng)新性和綜合性，已經滲透到人們的生活、生產和國防安全中。憑借強大的集成電路技術和產業(yè)，它已經成為邁向創(chuàng)新型國家的重要標志。關鍵詞：集成電路器件工藝;鰭式場效應晶體管;cmos;我國集成電路技術和產業(yè)經過了最新一輪的攻關，已經形成了較為系統(tǒng)的體系。分析了國內外集成電路制造技術和產業(yè)發(fā)展趨勢以及中國集成電路制造技術研發(fā)布

2、局，概述了2214 nm節(jié)點工藝研發(fā)成果、7 nm節(jié)點工藝關鍵技術進展以及5 nm以下節(jié)點工藝新結構、新材料技術研發(fā)情況。一、先導技術研究布局先導計劃布局從互補金屬氧化物半導體（cmos）器件工藝關鍵技術（22/14 nm，7-5-3 nm）到新型存儲器技術。imecas聯(lián)合國內高校和研究機構開展的cmos器件工藝先導研究，主要圍繞cmos晶體管微縮過程中的關鍵技術挑戰(zhàn)開展工作，包括納米圖形制造難度大、短溝道效應嚴重惡化、器件漏電大幅度增加、驅動電流明顯減少等問題，在大路徑下提出一些相應解決方案。開始做22 nm先導技術研發(fā)時，發(fā)明創(chuàng)新2214nm器件的新材料、新結構和新工藝來突破挑戰(zhàn)，并形成

3、了2214 nm核心技術：高k/金屬柵工藝和三維鰭型柵器件?；趹眯枨蟠_立“專利導向戰(zhàn)略”，競爭激烈的主戰(zhàn)場，形成了很高的專利壁壘，2009年發(fā)明專利申請已分別超過3500項和2700項;確定“專利導向下的研發(fā)戰(zhàn)略”，研究“專利地圖”，有目標地突破壁壘，確立專利質量與數(shù)量同步目標，尋求局部特色的解決方案，占據(jù)自己的位置，為產業(yè)提供支撐。在集成電路這個行業(yè)里，主要的競爭手段就是專利，也就是創(chuàng)新技術，載體就在ip上，ip現(xiàn)在主要體現(xiàn)在專利上。以finfet為例，做一些研究希望可以與產業(yè)界互有幫助，需要完成兩件事情：能幫助企業(yè)把事情做成;當事情做成后，有自己的ip保護，而不是說全都是別人的東西。一

4、邊鼓勵企業(yè)做自己的專利，一邊做研究能夠在一些未知的新領域上找到自己的地盤：首先就要分析整個行業(yè)的專利地圖，發(fā)現(xiàn)有哪些機會，哪些可以做;然后制定研究方案，甚至開始就把專利慢慢寫出來，再通過研究驗證這些專利，有些淘汰了，有些完善了;最后研究結果與方案吻合，繼續(xù)推進下去。面向產業(yè)應用的先導研究與純粹自由探索的研究的差異在于：先導研究用戶力很強，ip先行，基礎研究就是走到哪兒算哪兒。圖1為先導專項分析國際集成電路專利地圖之后，指定出的研究方案。二、2214 nm器件工藝先導研究成果2214 nm器件工藝先導研究完成3項關鍵技術：高k/金屬柵多元新材料、疊層結構及調控和全后柵集成技術;22 nm cmo

5、s器件溝道應變、摻雜改性和低阻接觸新技術;14 nm三維finfet金屬柵材料、溝道結構和自隔離新技術。突破了一系列器件結構和工藝實現(xiàn)方法，建立了2214 nm新器件、新工藝的“局部”創(chuàng)新體系，形成了自己的特色;獲得發(fā)明專利授權435項，包括美國專利192項，形成了系統(tǒng)性的自主知識產權體系。2012年，國內首次建立22 nm高k/金屬柵cmos器件先導工藝，成功研制出良好性能的22 nm cmos器件，與國際同類技術參數(shù)對比，等效柵介質厚度（eot）、器件閾值電壓（v）、t pmos驅動電流等參數(shù)占優(yōu)，其他參數(shù)相當。14 nm器件集成驗證結果顯示：與國際同類先進技術相比，硅fin三維尺寸、柵長

6、、亞閾值開關電學特性等達到同一水平;新結構msd foi finfet的電流開關比具有明顯優(yōu)勢。2214 nm關鍵工藝成果在國內主要企業(yè)中芯國際、武漢新芯12寸生產線進行了驗證開發(fā)，多項發(fā)明進入實際應用。三、集成電路技術發(fā)展的方向最近幾年，業(yè)界一直在討論摩爾定律是否會終止，后摩爾時代將要到來。嚴格來講，摩爾定律從來不是一個科學定律，它只是一個預測，是一個路線圖。等比縮小定律提出來之后，器件尺寸等比縮到1/3，就可以將集成度提高10倍，因此逐漸將摩爾定律等同于等比例縮小定律，其實并非如此。摩爾定律是對性能的要求，當然提到器件性能，集成度是第一位的，也就是功能集成，當然還包括速度要提高、功耗要降低

7、，相關性能都要往前發(fā)展。多年前，等比例縮尺寸在1m都可能是一個極限，亞微米都會讓人感覺很神秘。后來認為100、20 nm會是一個極限，也均被超越了。尺寸微縮是一條路，但其實摩爾最早提出的非縮比驅動（non-scaling driven），也即從應用角度增加人與環(huán)境的交互的多種非數(shù)字功能，例如光電子、模擬器件，正走向另一個應用的路徑，芯片之外的系統(tǒng)級集成（sip）也開始在做功能的提升。微電子學家胡正明曾指出集成電路還可持續(xù)發(fā)展100年。未來，在集成電路技術實現(xiàn)路徑上，有可能會繼續(xù)等比例縮下去，縮到了極限便從平面發(fā)展到三維。會不會有一種新的路徑、新的器件出來能夠替代現(xiàn)在的微電子器件，2000年左右，時任美國總統(tǒng)克林頓提議發(fā)展納米技術，從而引發(fā)了納米器件會不會替代現(xiàn)在微電子器件的熱議。總之，未來挑戰(zhàn)和機遇并存，因為廣度、深度、復雜度俱在，此時無論做哪一點，集中精力、保持定力，一代一代做下去，一定會有自己的特點。參考文獻1張原.我國集成電路產業(yè)發(fā)展之路.2019.2王永萍，淺談集成電路器件工藝先導技術研究進展.2020.錦繡·中旬刊2021年9期錦繡·中旬