美國半導(dǎo)體協(xié)會副總裁解讀國際技術(shù)路線圖

創(chuàng)新與變革是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主旋律。集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，不斷表現(xiàn)出新的趨勢和特征：一方面繼續(xù)專注于CMOS技術(shù)，沿著摩爾定律前進(jìn)(moreMoore’s)；另一方面，產(chǎn)品多功能化(morethanMoore’s)趨勢日益明顯。國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)是被業(yè)界廣泛認(rèn)同的對未來15年內(nèi)半導(dǎo)體研發(fā)需求的最佳預(yù)測。在國際金融危機(jī)沖擊半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體技術(shù)變化更加迅速、產(chǎn)業(yè)競爭更加激烈的狀況下，ITRS會對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來做出怎樣的指導(dǎo)和預(yù)測？在日前舉辦的ICCHINA2009期間，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會特別邀請美國半導(dǎo)體協(xié)會副總裁PushkarApte先生，就國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖與中國半導(dǎo)體領(lǐng)域的頂級專家進(jìn)行了深入交流和探討。《中國電子報(bào)》記者以中國專家提問、PushkarApte回答的形式對此內(nèi)容進(jìn)行加工整理，并在《中國電子報(bào)》發(fā)表，希望對業(yè)內(nèi)人士和廣大讀者有所裨益。

ITRS描述多領(lǐng)域新器件450mm技術(shù)關(guān)鍵是經(jīng)濟(jì)可行性

問：在ITRS(國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖)組織看來，到2020年，除了CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)之外，半導(dǎo)體元器件還會有哪些新的結(jié)構(gòu)？你最看好哪種元器件的發(fā)展前景？

答：在ITRS的文件中有專門的章節(jié)，探討未來的元器件類型，并對新型元器件進(jìn)行了描述。在這個(gè)章節(jié)中，有很多候選的元器件，它們采用不同的材料或結(jié)構(gòu)。例如，石墨納米帶器件、碳納米管器件、自旋器件和量子器件等。我想這些器件是比較有潛力的，將被應(yīng)用到不同的領(lǐng)域。但究竟哪一種元器件有光明的未來，哪一個(gè)行業(yè)會對哪一類元器件更感興趣，還有很多不確定性。要想發(fā)揮這些新型元器件的潛力，還需要在科研方面投入更大的力量。

我們當(dāng)前的技術(shù)路線圖，也就是對2020年之前的技術(shù)展望，還主要集中在CMOS技術(shù)上。對于CMOS之外的新型元器件結(jié)構(gòu)，目前還沒有制定路線圖。在2020年之后，我們會不會制定一個(gè)針對新器件的技術(shù)路線圖，現(xiàn)在還不得而知。事實(shí)上，即便是針對CMOS技術(shù)，我們的技術(shù)路線圖也不可能百分之百地進(jìn)行精確的預(yù)測。

問：你認(rèn)為半導(dǎo)體市場的下一個(gè)殺手級應(yīng)用是什么？與此同時(shí)，在CPU(中央處理器)、存儲器、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、RF(射頻)等產(chǎn)品中，哪種產(chǎn)品更具市場前景？此外，從工藝角度來講，你認(rèn)為下一個(gè)技術(shù)突破點(diǎn)是什么？

答：就應(yīng)用而言，目前我們看到醫(yī)療電子和汽車電子具有較大的增長潛力，應(yīng)該是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)。當(dāng)然，也可能有一些我們暫時(shí)沒有預(yù)測到的應(yīng)用會突然出現(xiàn)。半導(dǎo)體市場的發(fā)展在很大程度上是受終端應(yīng)用驅(qū)動的。例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及推動了CPU和存儲器市場的擴(kuò)張；手機(jī)的普及使MCU(微控制器)、DSP(數(shù)字信號處理器)、電源管理芯片和ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)市場得到迅速增長。至于新的工藝，我認(rèn)為SOI(絕緣體上硅)、ChannelRe-placement(溝道替換)等新技術(shù)將來會取得突破性進(jìn)展。從材料方面看，并不是每一個(gè)公司都采用高K金屬柵材料。因此，各公司在材料方面也會有新的選擇和新的突破。

問：現(xiàn)在半導(dǎo)體工藝越來越復(fù)雜，在IC設(shè)計(jì)尤其是Layout(版圖平面)設(shè)計(jì)過程中就必須考慮制造中可能出現(xiàn)的問題，DFM(可制造性設(shè)計(jì))的概念就是為了解決這些問題而被提出來的。請問在技術(shù)路線圖中，是否對DFM作了相關(guān)規(guī)定？

答：ITRS所討論的都是商業(yè)運(yùn)營前的技術(shù)。盡管ITRS討論過DFM的話題，但這種討論并不很詳細(xì)，因?yàn)橐恍┕驹谶@個(gè)領(lǐng)域里有知識產(chǎn)權(quán)(IPR)。DFM技術(shù)涉及一些IC設(shè)計(jì)和制造企業(yè)的專有技術(shù)，部分企業(yè)目前還不愿意公開其專有技術(shù)或流程。對于這些專有技術(shù)中尚未公開的部分，我們的技術(shù)路線圖自然無法涉及，也就無法分享出來。

問：450mm晶圓工藝是業(yè)界一個(gè)有爭議的話題。450mm晶圓工藝所采用的光刻、干法刻蝕、濕法刻蝕以及清洗設(shè)備都需要更換，投資巨大。你認(rèn)為450mm晶圓工藝的前景如何？在技術(shù)上將面臨哪些挑戰(zhàn)？

答：在過去幾年里，半導(dǎo)體業(yè)界在450mm工藝領(lǐng)域的研發(fā)已經(jīng)開始活躍起來。根據(jù)我們的路線圖，450mm晶圓工藝將在2014年到2016年之間推出。晶圓尺寸的增大雖然可能并不會降低產(chǎn)業(yè)的整體成本(TCO)，但肯定有利于降低芯片的制作成本。另外，如果450mm晶圓生產(chǎn)線的生產(chǎn)力能夠得到提高，那么300mm晶圓生產(chǎn)線也將受益匪淺。因?yàn)?50mm晶圓生產(chǎn)線所采用的新工藝也可以在300mm晶圓生產(chǎn)線上應(yīng)用。

從300mm升級到450mm的過程中，確實(shí)有很多棘手的技術(shù)問題需要解決，有很多方面需要改善。從物理方面來看，晶圓變大并變重了，運(yùn)輸方面要面臨新問題，工程方面也面臨很多新問題。美國的半導(dǎo)體制造聯(lián)合會正在這方面采取行動。從技術(shù)和工藝方面來看，在光刻、干法刻蝕、濕法刻蝕、清洗工序以及硅片均勻性方面都會有難題。目前這些問題還沒有得到很好的解決，但這些問題的解決都不涉及科學(xué)理論，而是可以通過工程技術(shù)來解決。我們業(yè)內(nèi)有很多杰出的工程師，我們相信他們最終能夠解決這些難題。當(dāng)然他們要花多長時(shí)間來解決，我不能預(yù)測。因此，我認(rèn)為450mm晶圓生產(chǎn)是否可行，在很大程度上不是一個(gè)技術(shù)問題，而是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問題。那些認(rèn)為450mm晶圓生產(chǎn)線在經(jīng)濟(jì)上可行的企業(yè)，自然會去推動這一技術(shù)走向商用。

ITRS找到產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)和瓶頸很難量化ITRS價(jià)值

問：國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作出了哪些貢獻(xiàn)？這種貢獻(xiàn)能否量化？

答：國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖可以提出半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)存在的挑戰(zhàn)，并指出一些新技術(shù)、新工藝存在的瓶頸，這使企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)能夠集中更多的資源、有針對性地加以解決。我認(rèn)為這是技術(shù)路線圖對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最大的貢獻(xiàn)。此外，對一家企業(yè)而言，通過技術(shù)路線圖可以與行業(yè)內(nèi)的其他競爭對手做比較，來判斷自身在行業(yè)中所處的地位。但在技術(shù)路線圖的推出和實(shí)現(xiàn)過程中有很多不確定因素，我們很難用量化的指標(biāo)來衡量技術(shù)路線圖的價(jià)值。

問：你剛才講到技術(shù)路線圖會指出新技術(shù)存在的瓶頸。那么，ITRS組織是如何選擇這些技術(shù)的？另外，在技術(shù)路線圖的制定過程中，ITRS組織依據(jù)什么對技術(shù)發(fā)展的進(jìn)度進(jìn)行預(yù)測？

答：我們會根據(jù)業(yè)已掌握的數(shù)據(jù)，去判斷哪些新技術(shù)需要我們投入力量去研究。當(dāng)然，我們做出這樣的判斷還需要依據(jù)業(yè)界公認(rèn)的技術(shù)參數(shù)。可以說，決定路線圖中技術(shù)發(fā)展進(jìn)度的不是ITRS組織本身，而是處于科研、生產(chǎn)第一線的工作人員。從長期發(fā)展情況來看，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的趨勢和進(jìn)度是符合摩爾定律的。但是，一些創(chuàng)新的技術(shù)會把我們帶到一些嶄新的領(lǐng)域。Flash(閃存)技術(shù)就是一個(gè)這樣的例子。利用Flash技術(shù)，人們可以在不縮小器件特征尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)器件功能的最大化。對于ITRS組織而言，我們會在路線圖中客觀地反映這些創(chuàng)新技術(shù)。

問：國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖選擇方向和問題的依據(jù)是什么？

答：技術(shù)路線圖的宗旨是找到最困難的挑戰(zhàn)和瓶頸，并且集中資源來攻克這些瓶頸，找到解決方法。技術(shù)路線圖對問題的選擇依照的是我們現(xiàn)在可以獲得的數(shù)據(jù)和資料。如果有新的資料，我們可以通過驗(yàn)證，整合到我們的數(shù)據(jù)庫中，成為我們選擇的新依據(jù)。

問：我們知道技術(shù)路線圖選擇參數(shù)做依據(jù)。這些參數(shù)是如何選出來的？確定哪幾個(gè)參數(shù)作為依據(jù)是怎么定出來的？

答：我們有專門的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行考量，對超出摩爾定律的部分，工藝性能的參數(shù)必須經(jīng)過每一個(gè)參與方的認(rèn)可，從而確保參數(shù)的正確性。我們從1992年開始涉足半導(dǎo)體行業(yè)，已經(jīng)有16年歷史。在這個(gè)過程中，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)發(fā)展得越來越成熟，所以，我們可以找到經(jīng)過各方認(rèn)可的主要參數(shù)。在參數(shù)上達(dá)成共識，也是我們做下一步工作的前提條件。

問：國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖組織如何選擇團(tuán)隊(duì)，決策過程如何完成？

答：第一，國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖組織是自發(fā)性的組織，并沒有執(zhí)行力。第二，如果在技術(shù)路線圖中存在分歧的話，我們肯定會進(jìn)行辯論。我們總是要找到客觀的數(shù)據(jù)和資料來解決這些矛盾。如果當(dāng)前還沒有數(shù)據(jù)或資料，我們就等到有數(shù)據(jù)和資料的時(shí)候。數(shù)據(jù)對我們來說很重要。我們通過客觀的數(shù)據(jù)來解決問題。我們這個(gè)組織的成員是來自各個(gè)國家和地區(qū)的代表，他們都有發(fā)言權(quán)，這有助于我們客觀地解決問題。

More than Moore's更受關(guān)注半導(dǎo)體業(yè)創(chuàng)新不會停滯

問：半導(dǎo)體技術(shù)一直遵循摩爾定律，但是跟隨摩爾定律的腳步需要大量的投資。現(xiàn)在，半導(dǎo)體技術(shù)要上一個(gè)新臺階，需要的投資要達(dá)到幾十億美元。你認(rèn)為技術(shù)的多樣化對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展有什么影響？

答：的確，當(dāng)前投資建設(shè)一條45納米或者32納米的生產(chǎn)線需要數(shù)十億美元的投資，這對于任何一家企業(yè)或組織來說都是一個(gè)挑戰(zhàn)。很少有組織和機(jī)構(gòu)能支付得起如此龐大的投資。因?yàn)槌杀镜脑颍芏嗳诉x擇了多樣化的途徑。正如我們所看到的，很多企業(yè)在追求技術(shù)的多樣化。例如，模擬器件工藝就是一個(gè)方向。對模擬器件的生產(chǎn)而言，其先進(jìn)工藝水平通常比數(shù)字芯片落后兩代，老一點(diǎn)的技術(shù)肯定比新技術(shù)便宜，其投資相應(yīng)也會減少很多。但是，天下沒有免費(fèi)的午餐，模擬領(lǐng)域也必須應(yīng)對系統(tǒng)集成過程中的很多問題。事實(shí)上，在任何一個(gè)領(lǐng)域，如果想在演進(jìn)中脫穎而出，都必須面對不同的挑戰(zhàn)，戰(zhàn)勝不同的困難。同樣，在這一過程中，在任何一個(gè)領(lǐng)域，都有贏家和輸家。

問：我們看到“MorethanMoore’s”是在2005年的技術(shù)路線圖中提出的。在2007年的技術(shù)路線圖中，認(rèn)為“MorethanMoore’s”技術(shù)在應(yīng)用中的比重會越來越大。如何理解比重越來越大的概念？

答：我們很難從產(chǎn)能上計(jì)算“MorethanMoore’s”技術(shù)的比重，但我們看到，的確有越來越多采用多重技術(shù)的產(chǎn)品，也有相關(guān)的技術(shù)策略或戰(zhàn)略被制定出來，或者被整合到現(xiàn)有公司的技術(shù)中去。由于成本和應(yīng)用的原因，“MorethanMoore’s”技術(shù)會變得越來越普遍。人們對于“MorethanMoore’s”技術(shù)的認(rèn)知程度和關(guān)注程度會越來越高。這是顯而易見的事情。

問：在半導(dǎo)體工藝進(jìn)入90納米節(jié)點(diǎn)以前，技術(shù)路線圖中所介紹的內(nèi)容都是比較明確的，但在90納米之后，由于工藝技術(shù)越來越復(fù)雜，技術(shù)路線的內(nèi)容也出現(xiàn)了分化。現(xiàn)在的路線圖談的內(nèi)容是截止到2020年之前的。請問ITRS組織如何應(yīng)對這種挑戰(zhàn)？技術(shù)路線圖會不會停滯下來？另外，從今后的發(fā)展來看，成本是否會成為左右行業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動力？

答：國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖在制定的過程中確實(shí)遇到了一些挑戰(zhàn)，我們也試圖把目光放得更長遠(yuǎn)一些。例如，我們增加了新型元器件的章節(jié)。但對于新型元器件具體的發(fā)展?fàn)顩r，我們沒有做出完美的預(yù)測。這并不意味著2020年以后，我們的路線圖就要停掉了。對于一些基礎(chǔ)性的問題，如果從較長遠(yuǎn)的角度來考慮的話，我們會采取替代的方案。目前我們堅(jiān)持制定半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來15年的發(fā)展路線，但在這個(gè)過程中也會有一些變化。

隨著器件特征尺寸的縮小，工藝技術(shù)日益復(fù)雜化。在這個(gè)過程中，產(chǎn)業(yè)中出現(xiàn)了多樣化的工藝技術(shù)。而且，在遵循摩爾定律的技術(shù)發(fā)展過程中，在設(shè)備和應(yīng)用方面也出現(xiàn)了分化。其實(shí)，各種新的解決方案都是為了實(shí)現(xiàn)某種功能，這種功能是具有普遍意義的。因此，我們路線圖的關(guān)注點(diǎn)是各種器件的功能，而不是具體的解決方案。當(dāng)然，器件功能的需求也在不斷改變，我們會持續(xù)關(guān)注這種變化。

發(fā)展中國家的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)以成本作為推動力，在今后10年趕上發(fā)達(dá)國家并轉(zhuǎn)變?yōu)轭I(lǐng)先的國家，這種可能性是存在的。但是，如果技術(shù)進(jìn)步被完全商品化，無法再取得新的突破，技術(shù)就停滯了，半導(dǎo)體行業(yè)不會如此。半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)充滿了活力和創(chuàng)造力的行業(yè)，如果某一條路走不通的話，業(yè)界人士會選擇走另外一條路去持續(xù)創(chuàng)新。