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1、国际半导体技术路线图_国际半导体技术发展路线图(ITRS)2009年版综述(7) 5.4产品的代和芯片尺寸模型 在这部分,我们将讨论“产品代”(productgeneration)和它们与技术周期之间的关系。在过去,这些术语经常被混用,历史上使用DRAM产品三年一换代(基于新的技术特征生产出密度为过去4倍的新产品)的方法定义技术周期的进步的方法,已经过时了。2009版的路线图将继续使用2005版路线图开始的做法,即:基于各个产品技术趋势来决定技术发展的驱动因素。这些基于产品的技术趋势由于其市场功能、性能和可承受的价格等需求不
2、同,可能会以不同的速度发展。因此,作为领先产品的演化/按比例缩小的道路可能变得更加复杂。 从历史上看,DRAM产品一向被认作是整个半导体工业的技术引擎。在九十年代末以前,逻辑电路(以MPU/高性能ASIC为例)发展的速度和DRAM技术类似,但是落后于DRAM。根据2007年的PIDS对DRAM生产商的调查,在2000年/180nm以后,DRAM工艺进步的速度为大约每2.5年一个周期。在最近几年,制造微处理器的新技术继续以2年的速度发展,并预计继续以2年/周期的速度发展至2013年/27nm,而DRAM则预计从2010年/45n
3、m开始,到2024年路线图末期,都放缓到每3年一个技术周期的速度。随着微处理器/高性能ASIC产品继续以更快的2年/周期的速度发展,它和DRAM产品半节距工艺差距已经越来越小,并且和闪存技术需求一起,推动了最先进的光刻设备和“等效的按比例缩小”工艺,特别是加工孤立的特征线条(印制栅长和实际栅长)更需要强大的工艺能力,以使产品具有电源管理和性能增强等特征(例如刻蚀成型、形变硅、高κ/金属栅等)。如前文所述,由非接触多晶硅定义的闪存技术,也已经开始加速发展并成为领先的推动力。如上文所述,最新的闪存技术也推动了最领先的光刻技术的发展,
4、PIDS的调查预测闪存的2年非接触多晶半节距技术周期的发展步伐将继续至2010年/32nm,然后转为3年/周期,直至2024年。 然而,在这两类产品中,也有一些基本的区别。商品市场中压缩成本、提高加工厂生产能力的经济压力极大,DRAM产品着重于减小芯片的面积。因此加速DRAM技术发展的主要重点放在减小存储器单元面积上。但是这个减小存储器单元面积的压力是和提高存储电容容量和存储性能的要求互相矛盾的,因此这就给存储单元设计者以压力,迫使他们以创新精神,探索新设计和新材料的以解决存储单元面积和性能之间的矛盾。此外,为了能够更加紧凑地
5、将大量DRAM存储单元安置在尽可能小的管芯面积当中,也需要尽可能减小存储单元的节距。2009年ITRS预测:插入新的掩埋字线和位线的单元技术,能够实现4f2(4=设计因子;f=以微米表示的半节距)的单元尺寸,将在2011年开始得到应用。 微处理器也面临着强大市场压力,需要在降低成本的同时提高性能。性能是通过减小晶体管栅长和增加互连金属层的层数实现的。2009年ITRS的团队已经对更新的路线图技术发展总表中的功能、芯片尺寸、单元面积和密度等模型达成了共识。MPU产品芯片尺寸表现在看起来和DRAM模型更为相似,而较大的入门型芯片尺
6、寸必须要随时间按比例缩小以实现可承受的尺寸。此外,还新增一些项目用来加强模型之间的沟通。一些基本的模型假设都在路线图技术特征总表的注释中予以注明。表ORTC1是对技术趋势指标的一个小结。同时,出于完整性考虑,ASIC/低功耗栅长趋势也被列出,它们比最先进的MPU的发展要落后一些,这是为了尽可能地减少运行时和待机时的电流消耗。请参见术语表关于“等效的按比例缩小”、“半节距”和“栅长”的详细定义。对每个产品代,都列出了最先进的(处于引入阶段)和量产的(处于生产阶段)DRAM产品。 在对图8a和8b进行总结时,需要指出的是,远期的平
7、均每年的DRAM接触M1半节距特征尺寸的减小速度预期将会在2010年/90nm以后,回到3年的技术周期,大概是每年11%左右(也即每3年减小30%)。以前(2000年/180nm-2010年/45nm)曾经加速到2.5年的技术周期,即大约每年13%(也即每两年约24%)。如前文所述,新的闪存非接触多晶硅预期在2010年回到3年技术周期的发展速度,领先于DRAMM1。MPU/高性能ASICM1(一般在图中称为MPU)在2010年/45nm时将赶上DRAMM1,预计继续2年/技术周期的步伐,并在2013年/27nm时回到3年技术周期
8、的发展速度。 5.5芯片面积,光刻场和晶圆尺寸发展趋势 尽管芯片特征尺寸不断缩小,大约是每2-3年30%左右,但是先进存储器和逻辑电路产品从它第一次在技术论坛(如IEEE国际固体电路会议,ISSCC)上被演示开始,它的尺寸从引入阶段开始,一直是每六年就增长一
