微電子技術(shù)踏著摩爾定律的足跡終于走到了45納米。本月中旬，英特爾公司發(fā)布了16款采用45納米工藝生產(chǎn)的服務(wù)器及高端PC處理器，標(biāo)志著45納米集成電路產(chǎn)品正式投入到應(yīng)用領(lǐng)域。英特爾還宣布，目前該公司已有三條12英寸生產(chǎn)線具備生產(chǎn)45納米芯片的能力。預(yù)計(jì)到2008年第三或者第四季度時(shí)，英特爾的45納米產(chǎn)品在數(shù)量上將可能超過65納米產(chǎn)品。在英特爾的帶動之下，其他高端廠家必將陸續(xù)跟進(jìn)，“45納米時(shí)代”已是呼之欲出。

新技術(shù)具有里程碑意義

英特爾的共同創(chuàng)始人戈登?摩爾認(rèn)為，此次英特爾新產(chǎn)品的推出，是自從多晶硅柵MOS晶體管問世以來，晶體管工藝制程技術(shù)中的一個(gè)最大的突破，英特爾采用新材料和新的器件結(jié)構(gòu)，是CMOS工藝的又一里程碑。

事實(shí)上，目前具備45納米工藝生產(chǎn)能力的并不只是英特爾一家，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)觀察家、美國應(yīng)用材料公司高級顧問莫大康先生在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“IBM、TSMC、松下等廠家都已具備45納米工藝生產(chǎn)能力。英特爾45納米芯片的偉大意義在于，它率先改變了CMOS的工藝結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的‘二氧化硅絕緣層+多晶硅柵’改為了‘高K介質(zhì)+金屬柵’的結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入‘材料推動革命’的時(shí)代。”

微電子業(yè)界通常是通過縮小器件的特征尺寸(Critical Dimension，CD)來提升產(chǎn)品的性能，因?yàn)轶w積更小的晶體管會使器件擁有更快的運(yùn)行速度和更低的發(fā)熱量。其實(shí)在晶體管中柵極和柵介質(zhì)也非常重要，它們的作用就是在硅底層通道和柵極之間產(chǎn)生較高的場效應(yīng)，同時(shí)又要求柵介質(zhì)是完美的絕緣體，防止電流通過柵介質(zhì)發(fā)生泄漏。由于二氧化硅作為柵極絕緣材料在65納米工藝時(shí)已逼近物理極限，如果再繼續(xù)降低二氧化硅絕緣層的厚度，將導(dǎo)致漏電及功耗急劇上升。英特爾在45納米處理器上的高K工藝，就是用更高介電常數(shù)的二氧化鉿(HfO2)取代傳統(tǒng)的低介電常數(shù)的二氧化硅，從而解決漏電問題?！案逰介質(zhì)+金屬柵”結(jié)構(gòu)在增加器件密度的同時(shí)，有效地增強(qiáng)了器件的性能，降低了功耗。英特爾45納米產(chǎn)品晶體管密度將是65納米產(chǎn)品的兩倍，其漏電量降為原來的10%，運(yùn)行時(shí)的耗電量減少了30%，速度提高了20%。并且，在將來工藝提升到32納米、22納米乃至16納米水平的時(shí)候，仍然可以使用這種材料和結(jié)構(gòu)。

新工藝帶來的材料難題并不僅英特爾一家遇到，但其他公司都把“高K介質(zhì)+金屬柵”結(jié)構(gòu)定位為32納米產(chǎn)品將要使用的技術(shù)?！爸挥杏⑻貭栐?5納米階段就先行一步，掃清了工藝技術(shù)中的一大障礙，再次扮演了行業(yè)領(lǐng)頭羊的角色。”莫大康先生評價(jià)道。

產(chǎn)品升級影響產(chǎn)業(yè)格局

45納米產(chǎn)品投入市場，對于集成電路產(chǎn)業(yè)而言具有深遠(yuǎn)的影響。首先是工藝研發(fā)成本進(jìn)一步提高，研發(fā)費(fèi)用已高達(dá)50億美元至100億美元，掩模版的費(fèi)用也在300萬美元以上。如此之高的研發(fā)成本讓許多傳統(tǒng)的IDM廠商望而卻步，紛紛尋求代工合作或者聯(lián)合研發(fā)，其中尤以三大半導(dǎo)體巨頭IBM、英飛凌和三星與新加坡特許半導(dǎo)體結(jié)成的聯(lián)盟最具震撼力。在代工業(yè)界，由于TSMC的霸主地位難以撼動，其在45納米技術(shù)的比拼中也已處于領(lǐng)先地位，其競爭對手倘若不能在技術(shù)水平上迅速跟進(jìn)，將會面臨失去部分高端客戶的危險(xiǎn)。

新工藝的推出也給IC設(shè)計(jì)企業(yè)提供了新的機(jī)遇，因?yàn)楦叩募庸ぞ葹楫a(chǎn)品在功能和性能兩個(gè)方面都提供了較大的提升空間，從而更有效地滿足消費(fèi)者的需求。但“硬幣的另一面”也不容忽視，IC設(shè)計(jì)企業(yè)同樣也面臨成本上升的問題。正如Altera公司技術(shù)開發(fā)副總裁Mojy Chian先生在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)所指出的那樣，在IC設(shè)計(jì)導(dǎo)入45納米工藝后，器件開發(fā)將面臨泄漏管理、電壓飽和、變異管理、逆溫現(xiàn)象以及更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則等一系列的挑戰(zhàn)。這些問題并非不能解決，但卻必然會增加開發(fā)成本。此外，45納米工藝的導(dǎo)入，對IC設(shè)計(jì)公司與晶圓代工廠之間的協(xié)作也提出了更高的要求。中芯國際執(zhí)行顧問羅復(fù)昌博士向《中國電子報(bào)》記者介紹說：“到了45納米階段，代工廠的設(shè)計(jì)規(guī)則較之上一階段會有相當(dāng)大的調(diào)整，DFM(可制造性設(shè)計(jì))已經(jīng)成為了必需的技術(shù)手段，代工廠要在研發(fā)的起步階段就與設(shè)計(jì)公司合作，要在設(shè)計(jì)規(guī)則、電性參數(shù)指標(biāo)、可靠性指標(biāo)等方面與設(shè)計(jì)公司達(dá)成共識。”

對半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)而言，工藝技術(shù)的提升所引發(fā)的生產(chǎn)線的更新?lián)Q代肯定會使設(shè)備制造業(yè)在一定程度上受益，但市場的增長不會發(fā)生革命性的突破。SEMI全球副總裁、中國區(qū)總裁丁輝文先生告訴《中國電子報(bào)》記者，65納米工藝的設(shè)備同樣可以用于45納米芯片的生產(chǎn)，所不同的只是生產(chǎn)工藝發(fā)生了變化。而莫大康先生也表達(dá)了類似的觀點(diǎn)：在45納米工藝階段，英特爾仍然將采用193納米干法光刻機(jī)，只是加上了二次光刻及OPC技術(shù)。

本土廠家跟進(jìn)需政策支持

面對45納米，中國內(nèi)地的IC制造業(yè)將作何抉擇？莫大康先生認(rèn)為，目前中國內(nèi)地最先進(jìn)技術(shù)還處于65納米水平，且尚未量產(chǎn)，與45納米、“高K介質(zhì)+金屬柵”結(jié)構(gòu)相比還差兩個(gè)臺階；與此同時(shí)，中國的邏輯電路設(shè)計(jì)水平還停留在0.13微米的階段，IC設(shè)計(jì)公司最高的設(shè)計(jì)水平也只是90納米，因此，即便工藝制造技術(shù)能實(shí)現(xiàn)飛躍而與國際頂尖企業(yè)并駕齊驅(qū)，也會面臨缺乏產(chǎn)品市場的尷尬局面。

當(dāng)然，中國內(nèi)地的IC制造企業(yè)不會因此而減緩邁向更高工藝的步伐。羅復(fù)昌博士表示：“中芯國際45納米技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)在準(zhǔn)備中，已經(jīng)做了大量的前期研究工作。中芯國際將會在量大、面廣、成本相對較低的產(chǎn)品(比如通訊產(chǎn)品、移動終端等)率先使用45納米工藝?！?

中國企業(yè)在籌劃邁向先進(jìn)工藝的同時(shí)，更要腳踏實(shí)地做好眼前的事?！澳壳爸袊鴥?nèi)地的65納米技術(shù)還是空白，盡管中芯國際做了許多工作，有望在明年開始量產(chǎn)，但是要廣泛應(yīng)用，還有大量的工作要做。未來幾年，65納米產(chǎn)品還將是經(jīng)濟(jì)效益的重要來源，并且，做好65納米也是開發(fā)45納米的前提和基礎(chǔ)。因此，我們在關(guān)注45納米的同時(shí)，要努力把65納米技術(shù)做通、做好，并使其得到廣泛應(yīng)用。”羅復(fù)昌博士補(bǔ)充道。

半導(dǎo)體技術(shù)的提升對企業(yè)的研發(fā)資金和人才提出了極大的挑戰(zhàn)。中國內(nèi)地的半導(dǎo)體企業(yè)總體來講實(shí)力相對弱小，規(guī)模不夠大，所能在研發(fā)上投入的資金量小，一個(gè)企業(yè)即便是將銷售收入的10%投入研發(fā)，其資金量也不足以與國外的大公司競爭。羅復(fù)昌博士強(qiáng)調(diào)：“中國內(nèi)地集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要國家政策的傾斜和資金的支持。具體講：一是在資金方面政府要支持，要大量投入；二是在人力方面，實(shí)施產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，發(fā)揮研究機(jī)構(gòu)的人才優(yōu)勢，還要把設(shè)計(jì)公司納入研發(fā)的圈子，從而增加成功的可能性?！?