搞清楚這三個問題集成電路製造工藝演變的實質就搞懂了

中國集成電路產業的大規模發展起始於 1990 年代初，經過了20多年的發展，已經初步形成了完善的產業鏈體系，部分子行業內擁有了全球的競爭力。

但是，業界有一點共識就是中國的集成電路製造產業還是較為弱小。

近年來，我國逐步加大了對集成電路製造產業的投資和人才引進，業界甚至廣大消費者對集成電路製造產業也十分關注，28nm、10nm、7nm、摩爾定律、光刻機這些專業的術語也為廣大消費者所熟知。

今天就給大家提出三個問題，並引出答案，使大家對集成電路製造工藝演變的實質有一個框架性的了解。

問題一：製程尺寸的縮小有什麼好處。

製程尺寸的縮小其實可以簡單粗暴地理解為電晶體尺寸的縮小，因為電晶體尺寸越小，集成電路的速度就越快，其直觀的表現就是基於電晶體的集成電路晶片的性能獲得提升。

另外，尺寸縮小之後，集成電路的集成度（也就是單位面積上的電晶體數量）將獲得提升，這樣一是可以增加晶片的功能；二是可以降低晶片的成本（因為相同數量的電晶體所占用的面積變小了）；三是電晶體尺寸縮小後，可以降低單個電晶體的功耗，進而會降低晶片的供電電壓，最終降低晶片的整體功耗。

問題二：電晶體縮小有什麼技術困難。

首先，電晶體經典的物理模型這樣的：用量子力學的能帶論計算電子的分布，用經典的電流理論計算電子的輸運。

電子在分布確定之後，仍然被當作一個粒子來對待，而不是考慮它的量子效應。

因為尺寸大，所以不需要。

但是越小，就越不行了，就需要考慮各種複雜的物理效應，電晶體的電流模型也不再適用。

其次，即使用經典的模型，性能上也出了問題，這個叫做短溝道效應，其效果是損害電晶體的性能。

第三，任何一台光刻機所能刻制的最小尺寸，基本上與它所用的光源的波長成正比。

波長越小，尺寸也就越小。

目前，光刻機技術已經在波長上縮小到了極限，很難再支撐電晶體尺寸的縮小。

問題三：電晶體是如何做到將尺寸縮小的？

電晶體的基本工作原理，就是在柵極的控制下，把電子從一端（源極），通過一段溝道（柵極決定這條溝道的打開或關閉），送到另一端（漏極），這個過程完成了之後，信息的傳遞就完成了。

因此，這就需要電晶體能夠打得開，也要關得緊。

關不緊的後果就是產生漏電流，從而將功耗加大。

因此，電晶體的設計思路一是提升開關響應速度，二是降低漏電流。

因此，在電晶體將尺寸做小的基礎上，為了達到以上兩個效果，就各個工藝節點就引入了各種新工藝：65 nm 引入Ge strained溝道；45 nm 引入高K值的絕緣層； 22nm引入了FinFET工藝；而到了7nm製程工藝節點，將會使用改良型的FinFET工藝。

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