半导体业将走向何方？

半导体业将走向何方？

    台积电4月5日在美国圣荷塞举行的技术论坛上，详细透露了公司的450mm晶圆生产计划。台积电将全力向450mm时代挺进，目的之一是降低成本，其二是争取比竞争对手抢先一步。450mm生产线约需投资100亿美元，其中设备费尤为高昂，但其生产率可比300mm生产线提高1.8倍，且可减少工厂数量，避免面临寻找大量优秀工程技术人员的难题，未来10年将减少人员需求7000人。据悉，台积电将首先在新竹第12号工厂建立试制线，预计2013~2014年投入运行，然后转入台中第15号工厂进行量产，计划2015~2016年完成。初时釆用20nm工艺，未来将转向14nm工艺。

    摩尔定律何时到头？

    在半导体业界一向奉为圭臬的摩尔定律到头之论早已有之，iSuppli公司2009年便声称摩尔定律即将于2014年失效，曾引起热烈议论。被誉为台湾集成电路之父的台积电董事长张忠谋于今年4月下旬出席“全球科技高峰论坛”时又表示，摩尔定律大约再过6~8年将走到极限，”他说，“摩尔定律以往平均每两年进入新的一代，未来IC的微细化发展空间已不大，倒是电路板方面还有发展空间，未来势必要往新的应用发展，如低功耗等。”

    微细化技术发展的困难日益增大，速度趋缓，从2003年的90nm工艺、2005年的65nm工艺、2007年的45nm工艺到2009年32nm,都是两年一代。跨入2010年以后工艺革新的间隔时间将延长，预计将从2011~2012年的22nm、2014~2015年15nm到2017~2018年11nm,将放慢到2.5~3年一代。

    今天的半导体业除了继续走传统微细化道路的所谓“More Moore（更摩尔）”方式之外，业界还提出了有别于此的所谓“More than Moore（超摩尔）”的发展道路。它包括通过3D方式提高集成度，以及将模拟电路、功率器件、传感器、生物芯片、无源元件等集成在一个封装里，称为SIP（System In a Package）。另外，“Beyond CMOS（后CMOS）”也是业者提出的另一方式，即利用与现有MOS晶体管不同原理进行工作的新器件，包括将原子、量子、光、自旋电子等用作芯片布线等技术，并将成为本世纪20年代的基础技术。

    总之，未来集成电路必将走上多样化的发展道路，“More than Moore”和“Beyond CMOS”将成“More Moore”技术发展的原动力。此外，还有化合物半导体 （Ge和III-V族半导体 ）材料的应用也值得注意，业界有“得材料者得天下”的说法。

    激荡的未来十年

    无论如何，微细化的道路还将走下去，当前32nm工艺已成主流技术，今年世界主要半导体 厂商如Intel、台积电、Global F、三星等公司即将跨入22nm新一代技术，但综观世界半导体业各生产公司，自130nm以下，共有6代生产工艺并存于世。预计明年22nm将成主流生产技术。

    另外还有一种提法，认为微细化技术在NAND flash等的牵引下，不断采用新的手段，前进步伐还将加快，超过了ITRS（国际半导体技术发展路线图）的预测，今年1Xnm技术即将成事，9nm技术也已在实验室开发成功。若依ITRS路线图，2024年将进入5nm时代，届时每平方厘米尺寸的芯片上，集成的晶体管数将超过250亿个。当然，它必须经过革新原有技术，应用新的半导体材料。

    总之，世界半导体业将在这新的十年里闪展腾挪，争时立新，人们必须清醒地认识到这一点，方能不失时机地择机而进。2011~2012年22nm工艺付诸量产时，现有的MOS晶体管结构和材料尚可维持，可到2014~2015年15nm时代以后，就必须要开发提高产品性能的新技术了。