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【大紀元8月12日訊】eNews2001年可以說是芯片制造業最為悲壯的一年。据美國半導体工業協會的數据，2001年全球半導体制造商的收入減少了百分之30，僅為1400億美元，是半導体工業有史以來跌幅最大的年份。
eNews 8月12日報道，盡管如此，但是這并沒有阻止摩爾定律前進的步法，芯片制造商對于新技術的熱衷并未因此而減退。芯片巨人英特爾公司的首席財務官Andy Bryant 表示，經濟的低迷并沒有阻止技術的進步，如果你要想繼續呆在芯片制造業，你必須采用更先進的技術。
目前，芯片制造業發展有三大趨勢：采用更大尺寸的硅晶片﹔采用銅線互連技術替代鋁線技術﹔進一步縮小芯片內部電路尺寸，采用0.13微米甚至0.09微米的制造技術。有分析家認為，正是這些技術支撐起芯片業复興的希望。
現在業內采用的硅晶片直徑一般為200毫米，今后的趨勢是采用300毫米的硅晶片。300毫米晶片產生的芯片數量是200 毫米硅晶片的2.4倍，從而大大降低每芯片的成本。而且由于300毫米硅晶片的整個生產過程包括了多達350～500個步驟，次品率大大降低。
但是采用生產300毫米硅晶片的代价也是极其昂貴的，因為這意味著昂貴的200毫米生產設備即將被淘汰，而且300毫米晶片生產設備的价格更是貴的离譜，如果芯片制造商的年銷售額達不到50億美元，那么它根本無法承受這筆幵支。
促使芯片制造商采用銅線技術的最主要原因來自便攜式設備如筆記本電腦和手机的需求。消費者總是希望這類的便攜式設備功能更強大，使用的時間更長，這無疑對芯片提出了更高的要求：速度必須更快，但是消耗的功率必須減小，而且不能散發更多的熱量，因為這類設備本身体積很小，不可能為芯片專門配置風扇。顯然傳統的鋁線互連技術已經不可能滿足這樣的要求，銅線技術應運而生，由于銅的電阻比鋁小，因而電子能以更快的速度運動，同時產生的熱量也不會太多。
業內花費了數年的時間對銅線互連技術進行研究和幵發。全球最大的芯片模具設備制造商Applied Materials公司的高級副總裁Ashok Sinha表示，銅線互連技術的幵發并非一件易事，否則業內的芯片制造商早就采用該技術了。在這場芯片制造工藝的革新中，Applied Materials公司無疑是一個先行者。這家年產值70億美元的公司制造的設備几乎涵蓋了整個芯片制造工藝流程，包括沉淀系統、蝕刻系統、拋光系統以及芯片缺陷檢驗系統。
然而芯片的結构是相當复雜的，引入銅線互連技術會引起一系列的問題。例如，銅比鋁更難蝕刻，而且通過擴散運動銅原子容易滲如附近的硅材料，從而影響硅的導電性，就象含鉛汽油會損壞汽車的廢气凈化器一樣。
芯片制造商曾經試圖通過引入二氧化硅絕緣層玻來解決銅的擴散問題，但是二氧化硅的電容相對來說較高，它會吸收電子，從而降低電流的速度。因此芯片制造商轉向了所謂的低K絕緣材料，這种材料的電容比二氧化硅要低。但是這類材料在硬度上不如二氧化硅，在芯片拋光工藝時不加注意，這層覆料很容易剝落，當然制造出的芯片也是廢品。
就在芯片制造商對此一籌莫展之際，Applied Materials公司推出了multimachine模塊解決方案。這是一個整套的解決方案，它解決了芯片制造工業中的棘手問題。在Applied Materials公司的解決方案中，每個模塊的模具机器都通過一套軟件進行控制，而且每個模塊中含有傳感器，這樣在芯片生產過程中，就可以時刻測量芯片的尺寸和其他參數。當模具机器在晶片上覆蓋涂料時，它就可以立刻報告該芯片在厚度上是否与標准芯片有差別，因而在下一步的拋光過程中，拋光机器就會調整該芯片的厚度。該公司的執行副總裁David Wang表示，對于芯片制造商來說時間是贏得市場的關鍵，而我們的解決方案無疑可以縮短芯片的制造時間，降低次品率，提高生產效率，從而帶來芯片成本的降低。
從事芯片制造研究的VLSI （超大規模集成電路）研究公司首席執行官Dan Hutcheson回憶， 早期的芯片制造業的工藝流程与現在有著很大的區別。在20世紀60年代，市場上根本沒有成套的芯片制造設備，因而芯片制造商買來各种毫不相干的生產設備之后，還得摸索如何進行對這些設備進行組裝，那時成品率很低，在10～20％左右徘徊。然而現在不同了，如果芯片的成品率達不到80％，芯片制造商是不會推向市場的。因而Applied Materials公司在其芯片市場流程集成研發中心投入數億美元資金也就可以理解了。
對于一個芯片設計者來說，最重要的原則便是芯片的微型化。目前，業內最新款芯片其內部的電路衹有0.13 微米，衹有人類頭發寬度的一千分之一，這意味著在同樣大小的芯片上可以集成更多的晶体管，當然芯片的速度也會越快。就拿芯片巨人英特爾的芯片奔騰來說吧，1993年英特爾推出了奔騰第一代，當時奔騰集成了300萬個晶体管，而今天同樣大小的奔騰4芯片集成了5200萬個晶体管。也許這便是摩爾定律的魅力。
但是采用更先進的芯片制造工藝會帶來新的困惑。如采用了0.13 微米制造工藝后，芯片的絕緣層和導電層的距离僅有25原子的厚度，因而很難將兩者結合在一起。為此，Applied Materials公司幵發了新的控制軟件和反饋傳感器來保証晶片的正确定位。
現在業內的芯片制造商正在逐步采用0.13微米工藝，但是更尖端的制造工藝已經浮出水面。今年秋天英特爾和台灣的TSMC 都將推出0.09 微米芯片制造技術。英特爾首款采用0.09微米工藝生產的奔騰4芯片內核將于2003年第二季度面世，該芯片將集成1億個晶体管，起始主頻將高達3.06GHz。
芯片制造技術的不斷進步對于消費者來說無疑是一件好事，但是對于芯片制造商來說這很可能成為一种負擔，因為平均每隔兩年它們就得對其生產設備進行徹底更新，這是一筆不小的幵支。采用全新的技術來更換整套制造設備的費用高達25億美元，這對于小型芯片制造商無疑是一筆天文數字。因此，很多半導体制造商正在結盟以減少尋求這筆幵支。但是如此耗費巨資更新換代值得嗎？英特爾的首席財政官Andy Bryant也為此困扰。不過，最終答案總是相同的：對于芯片制造業來說，越快便是越好。(摘譯自《財富》，作者Stuart F. Brown)(http://www.dajiyuan.com)
