10月14日,在IC CHINA 2020的開幕式上,中國工程院院士、浙江大學微納電子學院院長吳漢明在開幕演講中表示,摩爾定律預計還能走到2025年。
吳漢明指出,我國集成電路產業發展注定艱難,尤其是芯片制造工藝,挑戰極為嚴峻。產業發展除了需要巨大資金投入和人才缺口以外,還面臨著戰略性壁壘和產業性壁壘。前者主要是巴統和瓦森納協議對中國半導體產業的限制,后者主要是世界半導體領域的龍頭企業早期布置的知識產權,對中國半導體這樣的后來者形成專利護城河。
今天,摩爾定律仍然在支撐著5G、人工智能等新技術的發展,但是其中的關鍵技術遇到了材料、器件物理性能局限、光刻等瓶頸。工藝面臨的三大挑戰包括,制造基礎的光刻技術、核心的新材料和新工藝以及良率提升這個終極挑戰。
以光刻技術為例,193nm光刻支撐了過去時代工藝的發展,進入7nm以后,EUV光刻開始成為關鍵,但它目前仍面臨光源、光刻膠和掩膜版等方面的難題需要解決。比如掩膜版,過去掩膜的整體產率約94.8%,但EUV僅64.3%左右,而且比復雜光學掩膜還貴3到8倍。
盡管業界已經在研究納米壓印、X光光刻、電子束直寫等先進光刻技術,但是距離投入使用,吳漢明估計還要3年以上。
“隨著工藝節點演進,摩爾定律越來越難以持續,預計將走到2025年。”吳漢明預測,“在這些挑戰下,新材料、新工藝將是未來成套工藝研發的主旋律。”
吳漢明表示,從22nm開始可以就被視為后摩爾時代,基礎研究將支撐后摩爾持續發展,可以劃分以下為四類技術方向。邏輯器件技術發展則呈現出三個趨勢:
一是結構方面。目標是增加柵控能力,以實現更低的漏電流,降低器件功能功耗。實現手段包括由平面結構轉為立體,三維晶體管技術(如FinFET等)成為主流器件技術;
二是材料方面。目標是增加溝通的遷移率,以實現更高的導通電流和性能。實現手段包括溝道構建材料由硅變為非硅并成為主流,如Ge、三五族高遷移率溝通材料、GeSi源/漏應變材料等;
三是集成方面。類似平面Nand轉向3D NAND閃存,未來的邏輯器件也會從二維集成技術走向三維堆棧工藝。
此外,后摩爾時代將呈現出市場碎片化的特點,中小企業商機大,創新空間巨大。“在20納米以下節點,先進產能僅占12%,20納米以上節點還有巨大的市場和空間可以創新。”
但是需要重視的是,從各國研發經費分配來看,我國與世界先進國家的差距仍然很大,尤其在基礎研究領域,大部分研發停留在試驗階段,難以產生革命性的創新。
吳漢明強調,當前還有很多核心領域的國產芯片占有率均為0,國產替代趨勢下將迎來歷史性機遇。與此同時,產業鏈各環節全球化不可逆轉,國產化將得到廣泛認可。
責任編輯:tzh
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