德州儀器與麻省理工學院合作研發
65奈米CMOS次臨界電壓靜態隨機存取記憶體
在最近一期的IEEE國際固態電路年會(ISSCC)，麻省理工學院(MIT)教授Anantha Chandrakasan發表一篇文章，敘述超低功率(ULP)(0.4V次臨界電壓)、256kbit靜態隨機存取記憶體(SRAM)的性能，它使用的是德州儀器公司(TI)先進的65nm製程技術。據報導，這個包含10個電晶體/位元晶胞(bitcell)的SRAM可以在400mV下操作，而且相較於6個電晶體/位元晶胞(bitcell)的SRAM在0.6V下操作，它的漏電功率可降低2.25倍。根據TI描述，這個SRAM具有業界最低的電壓，並考慮將它用在該公司的SmartReflex能源管理技術，以延長行動產品的電池壽命(2005年9月TI發佈，SmartReflex是智能、適應性矽、電路設計及軟體的結合，能滿足先進技術節點的能源與性能管理)。 TI的矽技術研發部副總裁Dennis Buss說，SmartReflex是這樣一種方式，即當資訊處理必須在高速度下執行時可以做動態調節電壓。在說明這項技術對於IC製造的挑戰時，Buss說：「任何人都能輕易的從1.2V降到900mV，無須做任何事，但是遠低於900mV時卻是個困難點，必須用特殊方法設計電路。」TI的策略是先從900mV降到700mV，再到500mV，最後低於臨界電壓。Chandrakasan的文章是沒有明確發展藍圖的研究報告，但是Buss預估在近5年內，TI應該可以達到它的電壓調降計畫，將電壓達到次臨界電壓值。 Buss宣稱，在與MIT合作完成該項技術時，不必要突破根本性的製程技術，也不用特別修改目前TI的退火製程。但是他補充說明，一旦技術被應用在晶圓廠上，為了能從SmartReflex獲得最多，公司必須在一系列電壓值的次臨界漏電(subthreshold leakage)、閘極誘導二極體漏電(gate-induced diode leakage)以及閘極漏電(gate leakage)之間取得適當的平衡，以及必須精密規劃離子佈植和整合電晶體相關的設計。隨著製程技術研發與設計的連結越來越密切、越來越快速變化，Buss解釋說，TI不再於一開始就詳細規定製程，然後再一成不變的去執行它，反而當指導原則很寬且主要單元製程明確時，製程會依照每週作更動。他以一個65奈米製程為例，說明主要單元製程與指導原則，例如需要包含應變製程、NiSi製程及低介電(k=2.8)係數OSG製程，但是就細節而言，例如離子佈值及氧化層厚度，所有製程之間都需要平衡。SST-AP/Taiwan 2006年的浸潤式微影技術： 工業界已接近上路 2006年SPIE的微影技術會議為液態浸潤式曝光技術的進展與未來展望提供了一個評估機會，其正處於R&D階段之後與工業界真正投入之前的分歧點上。當許多的承諾都得以實現，第一代的曝光設備主要用於發掘問題與進行R&D，並非用於營利。ASML已支出了13個這樣的系統，從乾式的曝光設計轉換而成，許多的挑戰(以及克服這些挑戰的步驟)迅速轉為公開。在此同時，Nikon與Canon建造了1或2組設備，並獨自或在信任的客戶處持續進行研發。現在，詳細的結果已出來了。 Nikon、ASML與它們的一些客戶聲稱已達到相同產品品質的缺陷水準(如果不是對於接觸孔，至少在線性特徵方面)，而這兩家設備公司正準備好具有量產能力，卻又非常相異的、超大數值孔徑(hyper-NA)的設備。 ASML的XT：1700Fi是採用熟悉的Twinscan雙載台(two-stage)結構來建立的，搭配NA=1.2折反射投射透鏡與第4代(i2)水噴嘴(water nozzle)。此噴嘴設計利用氣簾，將流體部份地限制在晶圓上方的窄隙中，並整合一個插梢用於在變換載台時停止水流。相比之下，Nikon NSR S609B使用一個極大NA=1.07全折射透鏡與一個帶有大型水間隙連續水流噴嘴，但並沒有氣簾，水僅靠表面張力侷限住。當晶圓傳輸時，鏡頭與噴嘴移開至第二個測量載台。為減少在偶極曝光模式(dipole illumination mode)下的熱像差，Nikon NSR S609B加入一組相對於成像光束旋轉90高滌虞布鶗~光束。ASML與Nikon系統必須克服由於水蒸發冷卻所產生的對準誤差，但現在他們成功展示出了具有次12奈米的疊對(overlap)誤差。除了新的曝光設備之外，光阻劑、阻劑頂蓋膜(topcoats)、以及其他材料，自動化光阻製程處理機(track)與製程控制系統都必須調整以配合浸潤式微影技術。一些熟悉的用於193奈米乾式曝光的光阻劑都將不適合，然而當塗佈上一些材料，能夠抑制對光學系統具有潛在傷害的濾出物之後，許多光阻劑將仍是可用的。頂蓋膜以自動化光阻製程處理機旋塗於光阻之上，然後一樣必須烘烤，並且在曝光後必須去除。它們分成兩種類型：一類是可溶解於TMAH光阻顯影液(目前正成為主流標準)，而另一類則需要特殊溶劑。頂蓋膜的疏水性是關鍵，因為它將水的角度控制成新月型。如果在曝光鏡頭後方的這個角度太低(後退接觸角(receding contact angle, CA)或qr＜70?，水膜會被拉出去形成水珠，並形成缺陷。另一方面，若這新月型無法在前緣輕易的滑動(在傾斜晶圓上液滴滑動角度＞20?，載台移動速度必須降低以避免產生氣泡。若可溶於顯影液的頂蓋膜太過疏水，則頂蓋膜將不容易去除，尤其可能傷害到接觸層。依據Infineon的Yayi Wei描述，不用頂蓋膜的光阻尚未成熟，其表現出的製程窗口要比用最佳頂蓋膜材料時小20%。至少有九次的公開演說主題指出，缺陷起因於水的浸潤製程。最新的噴嘴顯著地抑制了氣泡，消除了一個先前擔心的缺陷機制。然而有另一個機制產生近似圓形(near-circular)的缺陷，其發生在阻劑與蝕刻圖案上，這被認為是浸潤式曝光設備的主要特性。遺留下來的直徑大於50微米的液滴會形成水痕，這些水痕部份藉由從光阻劑底部溶出的物質，因此改變了光阻劑的輪廓(因為頂蓋膜並非不能透水的)，水痕也可藉由蒸發，遺留下圓形沉積物。被頂蓋膜吸收的水滴會在進行曝後烤(post-exposure bake)時局部性地改變受熱狀態，就如同水在晶圓背面的作用一樣，或在頂蓋膜底下產生缺陷。更嚴重的一個問題是，在晶圓邊緣區域上(edge-bead)水流會造成頂蓋膜、光阻劑與底部抗反射層(BARC)材料的剝離(de-laminate)現象並且被洗去，然後再次沉積於晶圓之上形成非圓形的顆粒。儘管浸潤式曝光技術確實增加了一些缺陷，但它卻減緩了其它微影技術的潛力(如透過增加景深)，也降低了對解析度增強技術的需求。在Nikon LithoVision會議上，Tokyo Electron的Anita Viswanathan敘述了TEL Lithius i+自動化光阻製程處理機如何面對浸潤式微影的挑戰。自動化光阻製程處理機與曝光設備之間的介面模組，被修改成在曝光前後可以清洗與乾燥晶圓(正反兩面)，若需要的話。兩支專用的機械手臂避免交互污染。一個顯影前清洗模組在曝光後烤前將晶圓沿中心部位到外邊緣進行乾燥，以防止再次沉積已去除的缺陷，因此將總缺陷數目由每片晶圓33個降至1～2個。類似的數值由ASML的B. Streefkerk報導，其利用曝光前後的浸泡方式。很有可能將會有多個世代的曝光設備採用水為浸潤液體，但是之後工業界將會轉用較高折射率的液體。這些材料相較於水更具溫和性，它們從無披覆膜光阻材料中溶出的光酸產生體的量，要小於水透過披覆膜所溶出量的1/40。壞消息是高折射率的液體較貴且必須回收。根據JSR與DuPont的論文，當暴露於氧氣與193奈米光線時，這些材料會逐漸劣化，儘管並非立即。人們會需要更高折射率的液體來跟上Moore定律，根據IMEC的Kurt Ronse表示，也必須為最終透鏡單元開發一種耐用的高折射率材料。所以，接續193奈米液態浸潤式微影之後的會是什麼技術？若根據發展資金支出來作為判斷一項技術的潛力，或許在2009年初EUV將會成為下一項主流技術。ASML的Hans Meiling敘述了他們的α原型機的進展，已經可以製作出40奈米半節距(half-pitch)的線條(比1700i稍微細一點)，但擁有270奈米的DOF。隔離的60奈米接觸洞(contact)與70奈米線條也都在全場(full-field)系統上展現出來。用於錫基光源的集光鏡目前預計可以在量產情況下使用1~2年。然而，當EUV微影技術準備好迎接32奈米節點技術之前，還是有產率、光阻劑、光罩、與基礎建設的挑戰等待克服。如果不是這樣，工業界將要需有一個新的計畫，且要儘快。 FSI的ViPR技術是光阻去除的未來 半導體製程設備供應商 FSI International 已經將傳統的「Piranha」濕式浸泡蝕刻或濕式浸泡光阻去除製程加以延伸，建立一套使用點化學物質混合子系統為公司的Zeta批量型噴塗與旋轉平台組裝光阻去除技術。為達到45～32奈米節點前段製程光阻去除設備佔有率80%的目標，FSI企圖取代目前線上使用的電漿去除製程。混合硫酸和雙氧水會產生放熱反應並引起相關的溫度上昇。為了使晶圓表面達到200蚓，新的技術先分別升高硫酸及雙氧水的溫度，然後在適當的位置混合，以便在晶圓表面產生最大的反應，為傳統的Piranha化學增添新的自由度。 Zeta噴塗設備提供額外的自由度，當成批的晶圓沿著噴霧頭旋轉時，ViPR化學物質的液滴滑過每一片晶圓表面，每一滴液體移動的新月形凸面提供額外的力量幫助清潔。傳統H2SO4/H2O2(亦稱「硫酸及雙氧水混合物」或「Piranha」)蝕刻或光阻去除製程的變化，這個為45奈米節點研發的製程是最基礎製程的一個回歸。FSI宣稱，結合化學物質混合、傳輸與溫度控制能更有效清除高劑植入的光阻，這包括1×1017離子/平方公分的電漿摻雜光阻，且透過去除灰化(ashing)步驟減少底部材料損耗。第一批設備將於3月運送。 技術簡述 研究人員研發以石墨為基礎的電路與元件。石墨是鉛筆的組成材料，也可以是新型態奈米尺度電子元件的組成成分，也就是該元件具有奈米碳管的性質。但是根據3月份美國物理協會期刊(APS)的研究報告，石墨可以利用現有的微電子製造技術生產。使用石墨薄層，美國喬治亞理工大學(Georgia Tech)研究員與法國國家科學研究中心(CNRS)合作，已生產出原理驗證階段的電晶體、迴路元件、以及電路。研究人員最後希望利用厚度小於10個原子的石墨層作為電子系統的大變革，也就是把電子當波而不是粒子來操縱，就像光子系統控制光波那樣。SST-AP/Taiwan 圖一：次臨界電壓操作的10T (10個電晶體/位元晶胞)元件，去除紅色靜態雜訊容限(SNM)後容許在0.3V下操作，漏電功率降低了2.25倍。