zpwsmileIBM在130纳米工艺中结合了低k材料铜

IBM将130纳米工艺中的低k材料铜结合起来
纽约EAST FISHKILL（ChipWire） - IBM公司今天宣布推出一种新的半导体制造工艺，将铜互连与一种特征尺寸为130纳米（0.13微米）的低k介电材料。该公司声称，利用这一流程，IBM的ASIC客户和自己的处理器设计可以比其他130纳米组件提高30％的性能，并最终达到超过3 GHz的速度。

“这是非常重要的一步，” IBM微电子公司总经理John Kelly。他指出，其他公司一直在尝试实施基于玻璃状物质的低k材料，类似于当前半导体制造业中主导的二氧化硅，但IBM正在使用完全不同的物质：有机聚合物。该公司表示，该工艺现在可用于ASIC设计，并可在明年初支持批量产品出货。

由陶氏化学公司开发的名为SiLK的有机聚合物材料的k-常数在“3.0范围内”，凯利说。虽然有几家公司已经被有机聚合物的低电容吸引，但事实证明这些材料很难进入全尺寸芯片生产过程。 “其他人之前已经考虑过使用有机聚合物，但没有人能够成功地将其与铜工艺结合，”凯利说。

“我所知道的任何人都未能宣布基于有机聚合物的工艺，”位于圣何塞的半导体研究公司VLSI研究公司研究运营副总裁Risto Puhakka说。 “这是我第一次见到这样的东西。”

这是IBM首次涉足低k材料。上个月，该公司暗示它有一种新的低k技术，但拒绝提供细节（见3月在线杂志的专题报道）。该公司还是开发铜互连技术的领导者，也是第一家使用该技术提供芯片的公司。许多领先的芯片供应商也已开始开发铜互连或低k材料，或两者兼而有之，但IBM是第一个将这两者集成在一个流程中，称为Cu-11。

具有较低电容的绝缘体（以k系数测量）允许电信号通过芯片更快地传播，从而提高整体性能。虽然有机聚合物可以用非常低的k-常数生产，但它们也是柔软和可延展的，这使得它们难以在半导体工厂的恶劣环境中使用，特别是在生产的蚀刻和剥离阶段期间。

“聚合物可能具有非常低的k因子，但它们无法加工。这就是为什么它们难以整合到工艺中，”Puhakka说。

IBM通过创建聚合物三明治解决了这个问题。绝缘体的底层和顶层是传统的氧化物基材料，其坚固性足以承受芯片加工，而中间包含SiLK材料。 IBM研究员兼半导体研发副总裁Bijan Davari表示，在顶层使用更高k的氧化物材料不会对器件的性能产生重大影响。这是因为这些顶层互连线在导线之间具有最大距离，这减轻了绝缘体的较高电容。 “Low-k并不像那里那么重要，”他说。

“这是一个非常具有创新性的解决方案，”加州洛斯加托斯国际商业策略公司董事长兼首席执行官亨德尔·琼斯说道。“你必须非常小心如何使聚合物足够刚性待处理。“

凯利说，它不仅有效，而且强调将聚合物与传统的旋涂加工工具结合使用意味着生产成本不会发生显着变化。 IBM表示，它最初将使用铜和低k Cu-11工艺用于其自己的高速处理器，并且ASIC客户现在可以开始基于该技术进行设计。使用Cu-11工艺的第一批量产芯片预计将在明年上半年推出。

Davari表示，首批使用该技术的IBM处理器可能是Power4器件，130纳米线宽，铜互连和低k材料的组合将允许初始频率范围为1.5 GHz或更高。在未来的道路上，速度将显着提高。

“在0.13微米级别，我们最终会看到处理器频率高达3 GHz甚至更高，”他说。第一批使用该工艺的ASIC产品很可能是高速网络产品的引擎，这些产品需要最快的性能。

LSI Logic公司本月早些时候宣布推出自己的130纳米ASIC工艺，采用低k材料，但不含铜。分析师表示，此举反映了LSI的主要市场：无线通信和消费电子。琼斯说，两者都不需要最高的设备速度。

Kelly表示，与采用铝互连和二氧化硅绝缘体的传统芯片相比，铜线可以将器件性能提高20％至30％。他说，将SiLK绝缘体添加到相同的铜基芯片可以使性能提高20％到30％。