后摩尔定律时代，半导体技术将走向何方-.doc

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1、后摩尔定律时代，半导体技术将走向何方?　　“继续向下推进新的制程节点正变得越来越困难，我不知道它（摩尔定律）还能持续多久。”在与IMEC首席执行官LucvandenHove的访谈中，戈登·摩尔如是说。　　作为世界领先的独立纳米技术研究中心，5月24日~25日，在比利时布鲁塞尔举办的2016ITF（IMEC全球科技论坛）上，IMEC再一次将对摩尔定律的讨论定为一个重要主题。　　不能否认的是，摩尔定律正在逐渐走向极限。业界对于未来技术如何发展，早已有了“MoreMoore”（继续推进摩尔定律）和“MorethanMoore”（超越摩尔定律

2、）的讨论。随着两条路的同时推进，听一听IMEC上各位大咖的论述，也许能让拨开未来迷雾变得更简单一些。　　　　摩尔定律终将停止？　　“如果在未来十年中，scaling（尺寸缩小）走到了尽头，我也不会觉得意外。”戈登·摩尔表示。　　摩尔定律在近50年来被奉为半导体业界的“金科玉律”。它是基于现实推测而出的一种法则，指的是在成本不变的情况下，集成电路上可容纳的晶体管数目按照一定时间呈指数级增长。其中，几乎所有成本的降低，都来自于对晶体管尺寸的缩小和对晶圆直径的增加。　　不过，近年来，随着硅的工艺发展趋近于其物理瓶颈，越来越多的人指出摩尔定律

3、的滞缓，甚至认为该定律即将终结。　　摩尔本人也一直在修订着自己的说法。1965年第一次发布时，其预测是集成电路上的晶体管数量每一年翻一倍;到1975年，摩尔将其改为每2年翻一倍;到1997年，又改为每18个月翻一倍;到2002年，摩尔承认尺寸缩小开始放缓;2003年，他又指出，摩尔定律还可以再继续10年。　　不过现实的情况是，成本问题将使该定律提前遭遇天花板。“在集成电路领域，scaling曾帮助我们不断实现更小、更快、更便宜、能耗更低的目标。但现在，scaling已不再像过去一样，同时提供上述所有好处。”LucvandenHove指

4、出。　　“从28纳米向20纳米过渡的时候，我们第一次遇到了晶体管成本上升的情况。而对于一个商业公司领导人来说，必须去做利润的考量。”英飞凌首席执行官ReinhardPloss表示。　　他指出，虽然从物理的角度来说，目前半导体制造技术还没有走到极限，芯片的大小还可以进一步缩小，但从商业的角度来说已经遇到了极限。从技术节点的演进来看，从90纳米走到28纳米，晶体管成本一直按照摩尔定律所说，不断下降，直到20纳米节点时出现第一次反转。　　由于EUV技术的延迟实现，原本期待于22纳米节点就引入EUV技术的制造商们不得不采取备选方案，例如采取辅

5、助的多重图形曝光技术等，但这样会增加掩膜工艺次数，导致芯片制造成本大幅度增加、工艺循环周期延长。目前，16纳米工艺成本已经很高，如果继续采取浸润式多重曝光微影制程技术，到10纳米节点时，成本可能增加至1~1.5倍。　　此外，随着scaling的不断推进，工艺制程技术的发展在穿孔、光刻、隧穿、散热等方面上都碰到了越来越多的技术瓶颈。要改进光刻技术，还要解决散热问题，同时工艺推进所需要的精密生产设备投入也越来越高，这些都是阻碍半导体发展按照摩尔定律前进的挑战。　　“呈指数级增长一直是半导体产业的特征，它还将继续下去。但是增长率和前往下一个

6、技术节点的节奏可能放缓，逐渐向全球GDP增长率看齐（2015年全球GDP增长率约为2%）。”ASM公司首席技术官兼研发主管IvoJ.Raaijmakers表示。　　　　如何继续推进摩尔定律？　　“Scaling还会继续，我不仅相信它将会继续，而且我认为它不得不继续。”LucvandenHove强调说。他确信scaling还会持续几十年，但摩尔定律将会有所改变，不再只涉及尺寸上的scaling。　　IvoJ.Raaijmakers表示同意，他认为“由于需求所致，产业界必将会找到一个方法来继续scaling，但是它将会有所不同，不再完全依

7、照过去传统的摩尔定律和Dennardscaling（单位面积晶体管数不断增加而功耗保持不变）。”　　其实，业界并不需要特别担心。MentorGraphics总裁兼首席执行官WALDENC.RHINES表示，“即使摩尔定律命中注定会结束，但还有学习曲线（learningcurve）的存在。”　　而此前，scaling也曾多次遇到过技术门槛，但随着各种技术手段的投入保证了摩尔定律的持续作用，例如90纳米时的应变硅、45纳米时高k金属栅等的新材料、22纳米时的三栅极晶体管等。　　IvoJ.Raaijmakers指出，想要继续推进技术发展，我

8、们需要在“材料、制程、结构”三个维度进行创新。“IDM和Foundry厂商主要通过改变流水线（Pipeline）架构进行结构性创新，设备和材料供应商主要进行材料和工艺创新。”　　2D的scaling确实会越来越难，从现有