IBM將130納米工藝中的低k材料銅結合起來
紐約EAST FISHKILL（ChipWire） - IBM公司今天宣布推出一種新的半導體制造工藝，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計可以比其他130納米組件提高30％的性能，并最終達到超過3 GHz的速度。

“這是非常重要的一步，” IBM微電子公司總經理John Kelly。他指出，其他公司一直在嘗試實施基于玻璃狀物質的低k材料，類似于當前半導體制造業中主導的二氧化硅，但IBM正在使用完全不同的物質：有機聚合物。該公司表示，該工藝現在可用于ASIC設計，并可在明年初支持批量產品出貨。

由陶氏化學公司開發的名為SiLK的有機聚合物材料的k-常數在“3.0范圍內”，凱利說。雖然有幾家公司已經被有機聚合物的低電容吸引，但事實證明這些材料很難進入全尺寸芯片生產過程。 “其他人之前已經考慮過使用有機聚合物，但沒有人能夠成功地將其與銅工藝結合，”凱利說。

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

這是IBM首次涉足低k材料。上個月，該公司暗示它有一種新的低k技術，但拒絕提供細節（見3月在線雜志的專題報道）。該公司還是開發銅互連技術的領導者，也是第一家使用該技術提供芯片的公司。許多領先的芯片供應商也已開始開發銅互連或低k材料，或兩者兼而有之，但IBM是第一個將這兩者集成在一個流程中，稱為Cu-11。

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

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

IBM通過創建聚合物三明治解決了這個問題。絕緣體的底層和頂層是傳統的氧化物基材料，其堅固性足以承受芯片加工，而中間包含SiLK材料。 IBM研究員兼半導體研發副總裁Bijan Davari表示，在頂層使用更高k的氧化物材料不會對器件的性能產生重大影響。這是因為這些頂層互連線在導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。

“這是一個非常具有創新性的解決方案，”加州洛斯加托斯國際商業策略公司董事長兼首席執行官亨德爾·瓊斯說道。“你必須非常小心如何使聚合物足夠剛性待處理。“

凱利說，它不僅有效，而且強調將聚合物與傳統的旋涂加工工具結合使用意味著生產成本不會發生顯著變化。 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客戶現在可以開始基于該技術進行設計。使用Cu-11工藝的第一批量產芯片預計將在明年上半年推出。

Davari表示，首批使用該技術的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。在未來的道路上，速度將顯著提高。

“在0.13微米級別，我們最終會看到處理器頻率高達3 GHz甚至更高，”他說。第一批使用該工藝的ASIC產品很可能是高速網絡產品的引擎，這些產品需要最快的性能。

LSI Logic公司本月早些時候宣布推出自己的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：無線通信和消費電子。瓊斯說，兩者都不需要最高的設備速度。

Kelly表示，與采用鋁互連和二氧化硅絕緣體的傳統芯片相比，銅線可以將器件性能提高20％至30％。他說，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％。