IBM將130納米工藝中的低k材料銅結(jié)合起來(lái)
紐約EAST FISHKILL（ChipWire） - IBM公司今天宣布推出一種新的半導(dǎo)體制造工藝，將銅互連與一種特征尺寸為130納米（0.13微米）的低k介電材料。該公司聲稱，利用這一流程，IBM的ASIC客戶和自己的處理器設(shè)計(jì)可以比其他130納米組件提高30％的性能，并最終達(dá)到超過(guò)3 GHz的速度。

“這是非常重要的一步，” IBM微電子公司總經(jīng)理John Kelly。他指出，其他公司一直在嘗試實(shí)施基于玻璃狀物質(zhì)的低k材料，類似于當(dāng)前半導(dǎo)體制造業(yè)中主導(dǎo)的二氧化硅，但I(xiàn)BM正在使用完全不同的物質(zhì)：有機(jī)聚合物。該公司表示，該工藝現(xiàn)在可用于ASIC設(shè)計(jì)，并可在明年初支持批量產(chǎn)品出貨。

由陶氏化學(xué)公司開發(fā)的名為SiLK的有機(jī)聚合物材料的k-常數(shù)在“3.0范圍內(nèi)”，凱利說(shuō)。雖然有幾家公司已經(jīng)被有機(jī)聚合物的低電容吸引，但事實(shí)證明這些材料很難進(jìn)入全尺寸芯片生產(chǎn)過(guò)程。 “其他人之前已經(jīng)考慮過(guò)使用有機(jī)聚合物，但沒(méi)有人能夠成功地將其與銅工藝結(jié)合，”凱利說(shuō)。

“我所知道的任何人都未能宣布基于有機(jī)聚合物的工藝，”位于圣何塞的半導(dǎo)體研究公司VLSI研究公司研究運(yùn)營(yíng)副總裁Risto Puhakka說(shuō)。 “這是我第一次見到這樣的東西。”

這是IBM首次涉足低k材料。上個(gè)月，該公司暗示它有一種新的低k技術(shù)，但拒絕提供細(xì)節(jié)（見3月在線雜志的專題報(bào)道）。該公司還是開發(fā)銅互連技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，也是第一家使用該技術(shù)提供芯片的公司。許多領(lǐng)先的芯片供應(yīng)商也已開始開發(fā)銅互連或低k材料，或兩者兼而有之，但I(xiàn)BM是第一個(gè)將這兩者集成在一個(gè)流程中，稱為Cu-11。

具有較低電容的絕緣體（以k系數(shù)測(cè)量）允許電信號(hào)通過(guò)芯片更快地傳播，從而提高整體性能。雖然有機(jī)聚合物可以用非常低的k-常數(shù)生產(chǎn)，但它們也是柔軟和可延展的，這使得它們難以在半導(dǎo)體工廠的惡劣環(huán)境中使用，特別是在生產(chǎn)的蝕刻和剝離階段期間。

“聚合物可能具有非常低的k因子，但它們無(wú)法加工。這就是為什么它們難以整合到工藝中，”Puhakka說(shuō)。

IBM通過(guò)創(chuàng)建聚合物三明治解決了這個(gè)問(wèn)題。絕緣體的底層和頂層是傳統(tǒng)的氧化物基材料，其堅(jiān)固性足以承受芯片加工，而中間包含SiLK材料。 IBM研究員兼半導(dǎo)體研發(fā)副總裁Bijan Davari表示，在頂層使用更高k的氧化物材料不會(huì)對(duì)器件的性能產(chǎn)生重大影響。這是因?yàn)檫@些頂層互連線在導(dǎo)線之間具有最大距離，這減輕了絕緣體的較高電容。 “Low-k并不像那里那么重要，”他說(shuō)。

“這是一個(gè)非常具有創(chuàng)新性的解決方案，”加州洛斯加托斯國(guó)際商業(yè)策略公司董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官亨德爾·瓊斯說(shuō)道。“你必須非常小心如何使聚合物足夠剛性待處理。“

凱利說(shuō)，它不僅有效，而且強(qiáng)調(diào)將聚合物與傳統(tǒng)的旋涂加工工具結(jié)合使用意味著生產(chǎn)成本不會(huì)發(fā)生顯著變化。 IBM表示，它最初將使用銅和低k Cu-11工藝用于其自己的高速處理器，并且ASIC客戶現(xiàn)在可以開始基于該技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。使用Cu-11工藝的第一批量產(chǎn)芯片預(yù)計(jì)將在明年上半年推出。

Davari表示，首批使用該技術(shù)的IBM處理器可能是Power4器件，130納米線寬，銅互連和低k材料的組合將允許初始頻率范圍為1.5 GHz或更高。在未來(lái)的道路上，速度將顯著提高。

“在0.13微米級(jí)別，我們最終會(huì)看到處理器頻率高達(dá)3 GHz甚至更高，”他說(shuō)。第一批使用該工藝的ASIC產(chǎn)品很可能是高速網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的引擎，這些產(chǎn)品需要最快的性能。

LSI Logic公司本月早些時(shí)候宣布推出自己的130納米ASIC工藝，采用低k材料，但不含銅。分析師表示，此舉反映了LSI的主要市場(chǎng)：無(wú)線通信和消費(fèi)電子。瓊斯說(shuō)，兩者都不需要最高的設(shè)備速度。

Kelly表示，與采用鋁互連和二氧化硅絕緣體的傳統(tǒng)芯片相比，銅線可以將器件性能提高20％至30％。他說(shuō)，將SiLK絕緣體添加到相同的銅基芯片可以使性能提高20％到30％。