半導體材料技術動向及挑戰(zhàn)

引言

半導體制造技術能否持續(xù)突破，材料一直扮演著重要的角色，從最早的鍺(Ge)，到隨后普遍應用的硅(Si)，近年來又衍生出更多新材料，本文將針對此方面的新材料、新趨勢的發(fā)展，以及現有的技術難題等進行討論。

銅導線材料

在半導體技術發(fā)展初期的20世紀50年代，主要是以鍺元素為材料，不過鍺元素的耐高溫性不足、抗輻射能力差，以致在20世紀60年代后逐漸被硅元素取代。硅在抗熱、抗輻射等方面的表現都優(yōu)于鍺，適合用來制做大功率的集成電路。近年來，隨著制造技術不斷縮小到0．25gm以下，集成電路在線路上的電阻電容延遲(RC-Delay)效應已經增大到使線路信號難以更快速傳遞，即晶體管導通、關閉的速率難以更快，并且增加線路問的串音噪聲干擾，這些問題在頻率接近1GHz時就會產生。

為了克服這一阻障，必須更換半導體信號線路的材料，從過往的鋁(A1)替換成銅(Cu)，換材料之后線路的電阻值降低，鋁的阻值為2．8微歐姆每厘米(2．8gOhm／cm)，銅則是1．7gOhm／cm，這樣寄生RC問題獲得緩解，芯片的頻率速率可進一步推升。同時，銅線路也有更好的抗“電子遷移”能力，使芯片可以更持久地運作。除了換材料，制造過程方面也必須搭配改變，過去鋁線是采用濺鍍方式制做，換成銅導線則使用電鍍方式制做，如此在過程成本上也更為節(jié)省。此外，由于銅的反應較為活潑，因此更容易滲到硅基材中，也容易污染無塵室，這使得制造過程中需要更謹慎地控制。

硅絕緣材料

芯片電路不斷精密后，除了有前面提到的延遲問題外，另一個問題是漏電?！?br>