为什么说7nm是半导体工艺的极限，但现在又被突破了？

适用了20余年的摩尔定律近年逐渐有了失灵的迹象。从芯片的制造来看，7nm就是硅材料芯片的物理极限。不过据外媒报道，劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，采用碳纳米管复合材料将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。那么，为何说7nm就是硅材料芯片的物理极限。

　芯片的制造工艺常常用90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm来表示，比如Intel最新的六代酷睿系列CPU就采用Intel自家的14nm制造工艺。现在的CPU内集成了以亿为单位的晶体管，这种晶体管由源极、漏极和位于他们之间的栅极所组成，电流从源极流入漏极，栅极则起到控制电流通断的作用。

而所谓的XX nm其实指的是，CPU的上形成的互补氧化物金属半导体场效应晶体管栅极的宽度，也被称为栅长。

栅长越短，则可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶体管——Intel曾经宣称将栅长从130nm减小到90nm时，晶体管所占得面积将减小一半；在芯片晶体管集成度相当的情况下，使用更先进的制造工艺，芯片的面积和功耗就越小，成本也越低。

栅长可以分为光刻栅长和实际栅长，光刻栅长则是由光刻技术所决定的。 由于在光刻中光存在衍射现象以及芯片制造中还要经历离子注入、蚀刻、等离子冲洗、热处理等步骤，因此会导致光刻栅长和实际栅长不一致的情况。另外，同样的制程工艺下，实际栅长也会不一样，比如虽然三星也推出了14nm制程工艺的芯片，但其芯片的实际栅长和Intel的14nm制程芯片的实际栅长依然有一定差距。

你问的是关于Q的问题。我以前在半导体公司做过制程，培训过一些Q的知识。希望对你有所帮助。

半导体生产中，是通过在系统上设置目标值及范围来对质量的进行监控。

比如：现在我要长一层8000A(目标值)的BPSG film。怎么长？是thin film Module（薄膜部门) 工程师在机台上建立好程式，包括目标值和范围也要建进去。长好膜后，线上的TA(作业员)就会把wafer拿到量测机台上去测试，以及记录下数据，再输进系统，这个系统叫APC(先进制程控制)。APC就是由Q部门管控的，把数据输进去后，在办公室的工程师和Q部门的人随时可以从系统上抓到实时数据。这种数据就以箱型图、散布图、推移图的形式出现。通过这样的数据和图形，我们就可以及时监控线上的生产进度、机台状态、以及run货的质量问题。

至于你问的6sigma的应用：假设目标值M，公差L(范围)，标准差D=L/6 或者 6D=L，也就是说规格公差为标准差的6倍。设我们产线上所得到得数据是X，M-L<X<M+L 都是合格的。依常态分布计算，该特性不合格的几率为0.002ppm,既十一分之二。

方差s^2=[(x1-x)^2+(x2-x)^2+......(xn-x)^2]/n

标准差=方差的算术平方根

这个6sigma其实说起蛮复杂的，建议你看看关于Q的专业书籍，《统计制程控制》《质量管理》等等。当然如果你能找到Q的专业人士最好不过了。

针对半导体集成电路芯片在以后工作条件和应用环境下，以及在规定的工作时间内可能出现的失效模式，采取相应的设计技术，使这些失效模式能够得到控制或消除，从而使设计方案能同时满足其功能、特性和可靠性要求。具体分为以下4类技术：

1)常规可靠性设计技术。包括冗余设计、降额设计、灵敏度分析、中心值优化设计等。

2)针对主要失效模式的器件设计技术。包括针对热载流子效应、闩锁效应等主要失效模式，合理设计器件结构、几何尺寸参数和物理参数。

3)针对主要失效模式的工艺设计保障。包括采用新的工艺技术，调整工艺参数，以提高半导体集成电路芯片的可靠性。

4)半导体集成电路芯片可靠性计算机模拟技术。在电路设计的同时，以电路结构、版图布局布线以及可靠性特征参数为输入，对电路的可靠性进行计算机模拟分析。根据分析结果，预计电路的可靠性水平，确定可靠性设计中应采用的设计规则，发现电路和版图设计方案中的可靠性薄弱环节。

intel 前CEO 展示晶圆

2工艺保障

通过设计，为芯片的可靠性水平奠定了基础，最终芯片产品的实际可靠性水平取决于芯片的制造工艺。为保证工艺可靠性要求的实现，从芯片生产涉及的环节应主要考虑以下几个方面的控制：

1)原材料控制。包括对掩膜版、化学试剂、光刻胶、特别对硅材料等原材料的控制。控制不仅采用传统的单一检验方式，还可对关键原材料采用统计过程控制SPC技术，确保原材料的质量水平高，质量一致性好。

2)加工设备的控制。除采用先进的设备进行工艺加工外，还应做好对设备日常维护、预防性维修等工作，同时应对设备的关键参数进行监控，必要时建立设备参数的SPC控制模型进行分析控制等。

3)工艺加工过程的控制。包括对关键工艺参数进行SPC控制、工序能力分析、6σ设计等，同时对工艺加工关键环节建立工艺检验手段，如对氧化层的针孔和裂纹的检验、对可动金属离子的检验、对金属层稳定性的检验等。

此外，工艺方面的保障还应包括对 *** 作人员的培训和考核、对环境洁净度的控制和建立先进的生产质量管理信息系统等方面。

3筛选、验证保障

设计、加工的半导体集成电路芯片交付之前，需进行筛选、检验以保证芯片的质量与可靠性。目前，行业内普遍认可的是参照GJB 597A-96《半导体集成电路总规范》相应质量等级要求和用户要求，对半导体集成电路芯片进行100%筛选、鉴定检验和质量一致性检验。其中100%筛选对所有裸芯片进行，主要进行晶片批验收、稳定性烘焙、电探针测试、功能拉偏测试、内部目检。通过100%筛选尽可能地剔除早期失效芯片。

鉴定检验和质量一致性检验是对封装样品进行，从筛选合格芯片中随机选取芯片封装后参照GJB 597A-96《半导体集成电路总规范》相应质量等级要求和用户要求进行鉴定检验和质量一致性检验，其中不进行与封装有关的试验。通过这种方式，验证整批裸芯片的质量与可靠性水平能否满足用户要求和长期可靠性要求。而按不同要求检验的芯片分别达到相应质量等级要求。

通过这种方式，不但能够指导半导体集成电路芯片研制单位设计、制造相应质量等级要求的芯片，同时也便于使用单位选用，满足其不同应用环境的使用需求。

---