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我国下一代IC工艺技术需慎重布局
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我国下一代IC工艺技术需慎重布局

作者:
来源:
电子信息产业网
发布时间:
2014/09/05 00:00
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  电子电路逐渐细微,芯片制造商在晶体管设计制造方面遇到的困难也越来越大。1965年“摩尔定律”与1975年“丹纳德定律”所构建的“几何尺寸按比例缩小”的时代在进入10纳米后,多年来基于硅的平面器件所形成的技术路线、工艺装备和生产条件,面临重大调整。进入2014年以来,英特尔、台积电在推进基于14nm/16nm FinFET工艺时都遇到了比以往更大的挑战,而日前韩国三星公司宣布与意法半导体合作开展FD SOI生产工艺开发,更使半导体产业的技术路线图变得扑朔迷离。国际半导体业进入调整变革期,对于中国企业来说,既是机遇也是挑战。 
 
20nm以后主要存在两条技术路线:Intel和TSMC主导的FinFET技术以及IBM、ST主导的FD SOI技术。 
 
  半导体芯片沿着更小的单位面积、更细线宽、更低成本、更低功耗的路径向前演进,不同技术节点都有不同的技术障碍,人们也会开发出不同的技术加以解决,比如28nm时代的PolySiON和HKMG。在20nm节点上业界普遍认为FinFET技术尚不是必须的,但是到了20nm以后则主要存在两条技术路线:Intel和TSMC主导的FinFET技术以及IBM、ST主导的FD SOI技术。由于Intel和TSMC在IC制造业占据主要地位,FinFET毫无疑问成为主流。 
 
  然而,近年来逻辑芯片工艺在向10纳米节点演进过程中,前进步伐遭遇到了逆风阻挡。英特尔原先预定接续Haswell的14nm工艺Broadwell处理器于2013年底量产,然而目前量产时程已经延后到2014年下半年,甚至有可能推迟至明年才能与消费者见面。台积电的16nm工艺研发也时常有开发不顺利的消息传出。 
 
  高昂的成本是目前两家厂商面临的主要问题。“产业界在14nm节点上采用FinFET技术已经基本成共识,至今技术上实现已无大的障碍,重点是要找到降低成本的有效途径,否则仅会有少数高毛利产品可以用得起14nm工艺。”清华大学微电子所教授魏少军指出。 
 
  EUV光刻机的光刻功率不足则是影响FinFET技术在10nm及10nm以下成本过高的主要原因。Lam Research院士Reza Arghavani指出,对于半导体制造来说,EUV不能及时导入使用,业界也能采用spacer图形化技术加以实现。但问题是spacer的工艺步骤需要三次掩膜才能达到效果,这导致制造成本和时间都大幅增加。所以没有EUV,未来的光刻图形化是个问题。 
 
  半导体问题专家莫大康表示:“在过去50年里芯片的三个要素——价格、功耗和性能始终是在联动。实际上,单纯从技术上来讲,无论28纳米还是10纳米都可以实现,但是必须综合考虑价格、功耗和性能三个要素。因为在28纳米以后,技术复杂程度和制造成本都将大幅提升。” 
 
  技术路线各具千秋 
 
  FinFET技术开发不顺,使得其他技术路线开始更多受到重视。但决定因素仍是各大厂商的态度。 
 
  FinFET技术开发不顺,使得其他技术路线开始更多受到重视。今年5月,有消息传出,意法半导体和三星电子签署了28纳米FD SOI技术的多资源制造全方位合作协议,授权三星利用意法半导体的FD SOI技术,为客户提供先进的芯片制造解决方案。同时也有美国高通公司延缓采用FinFET技术的消息传出。 
 
  根据莫大康的介绍:“就目前来说,FinFET和FD SOI两种技术各有优劣点,都在进展,很难说谁将一定胜出。其中,FinFET技术需要从IC设计开始兴建新的生态链,工艺复杂。这会影响成品率,提高成本。对于FD SOI来说,其SOI硅片成本很高,要500美元一片,相比而言,通常的12英寸晶圆每片只需80美元。但是,FD SOI仍属2D范畴,各方面的变动不如FinFET如此巨大,制造商过渡起来较为容易,而且FD SOI尤其适用于高频或者低功耗器件的制造。” 
 
  总之,两条技术路线的前途决定权还在各家厂商之手,英特尔、高通、台积电、三星等大厂的采用为决定因素。 
 
  走出自己的路 
 
  不能盲目听信他人,要在科学分析、认真论证的基础上,敢于打破常规,走出一条自己的道路来。 
 
  制约我国半导体产业做大做强的关键仍是核心技术缺乏、产品难以满足市场需求。全球半导体进入深度调整变革期之际,既给我国带来挑战,同时也为实现“弯道超车”提供了条件。对于下一阶段的工艺路线,我国应采取什么样的布局策略呢? 
 
  魏少军认为,要认真分析平面体硅、FinFET技术和FD SOI技术在22nm及以后各个工艺节点的优缺点和竞争领域,不能盲目听信他人,因为现在即使是世界第一流的企业也看不清楚发展方向,也在不断地探讨和调整中。要在科学分析、认真论证的基础上,敢于打破常规,走出一条自己的道路来。这里面,对企业领导人的战略眼光、决策能力都是严峻的考验。 
 
  Cadence公司总裁及CEO陈立武认为,长期来看,未来的主流技术仍是FinFET。尽管短期内EUV存在一定挑战,但只要下工夫还是可以克服的。英特尔、台积电以及产业链上的大量企业都在FinFET上下了很大工夫、投入大量资金,营造起了较为完善的生态环境,如所需IP等。这些努力是不可能白费掉的。在这方面FD SOI相对弱势。当初,FD SOI没能在28nm节点被广泛采用,一个重要的原因就是无法克服IP环境上的弱势。未来,FD SOI可以作为一个后备工艺,也不失为一个后来居上的选择,但是其中的挑战还是挺多的。 
 
  数十年来中国半导体一直采取跟随策略。这样做的好处是,有别人经验做参考,不容易出错(这也是中国集成电路产业得以较快发展的原因之一);不利之处在于,跟在别人后面,想要取得超越就不那么容易了。现在,中国半导体与国际先进水平的差距正在缩小,跟随策略已经越来越多体现出劣势。当前的集成电路产业形势也给我们提供了一个弯道超车的机会。机会是否能够抓住将考验中国半导体从业者的智慧。同时还有一点需要提醒,“车行弯道”既是超车的时机,往往也更加危险。