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    全球半导体技术发展路线图

    来源：进出口服务网 | 时间：2014/12/16 14:57:09 | 阅读次数：

    发布单位：中华人民共和国商务部
    • 发布人：
    • 小杨
    上世纪60年代后期，硅栅自对准工艺的发明奠定了半导体规格的根基。摩尔1965年提出的晶体管每两年更新换代一次的“摩尔定律”，以及丹纳德1975年提出的“丹纳德定律”，促进了半导体产业的成长，一直到21世纪初，这是传统几何尺寸的按比例缩小（Classical Geometrically Driven Scaling）时代。进入等效按比例缩小（Equivalent Scaling）时代的基础是应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管、化合物半导体等技术，这些技术的实现支持了过去十年半导体产业的发展，并将持续支持未来产业的发展。
    一、器件
    信息处理技术正在推动半导体产业进入更宽广的应用领域，器件成本和性能将继续与互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor， CMOS）的维度和功能扩展密切相关。
    应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管现已广泛应用于集成电路的制造，进一步提升器件性能的重点将在III-V族元素材料和锗。与硅器件相比，这些材料将使器件具有更高的迁移率。为了利用完善的硅平台的优势，预计新的高迁移率材料将在硅基质上外延附生。
    2D Scaling最终将在2013国际半导体技术路线图（ITRS）期间达到其基本限制，无论是逻辑器件还是存储器件正在探索如何使用垂直维度（3D）。3D设备架构和低功率器件的结合将开启“3D 能耗规模化（Power Scaling）”时代，单位面积上晶体管数量的增加将最终通过多层堆叠晶体管来实现。
    因为尚无可行的材料具有比铜更低的电阻率，互连方面没有新的突破。然而，处理碳纳米管、石墨烯组合物等无边包裹材料（edgeless wrapped materials）方面的进展为“弹道导体”（ballistic conductor）的发展提供基础保障，这可能将在未来十年内出现。
    多芯片的三维封装对于减少互联电阻提供了可能的途径，主要是通过增加导线截面（垂直）和减少每个互连路径的长度。
    然而，CMOS或目前正在研究的等效装置（equivalent device）的横向维度扩展最终将达到极限。未来半导体产品新机会在于：一是通过新技术的异构集成，扩展CMOS平台的功能；二是开发支持新一代信息处理范式的设备。
    二、系统集成
    系统集成已从以数据运算、个人电脑为中心的模式转变为高度多样化的移动通信模式。集成电路设计正从以性能驱动为目标向以低耗驱动为目标转变，使得多种技术在有限空间内（如GPS、电话、平板电脑、手机等）可以异构集成，从而彻底改变了半导体产业。简言之，过去，性能是独一无二的目标；而今，最小化功耗的目标引领集成电路设计。
    系统级芯片和系统级封装的产品已成为半导体产业的主要驱动力。过去的几年，智能手机和平板电脑的产量已经超过微处理器的产量。异构集成的基础依赖于“延伸摩尔”（More Moore， MM）设备与“超越摩尔”（More than Moore， MtM）元素的集成。
    数字型数据（digital data）和连接技术的迅速进步为医疗服务带来变革。硅、微机电系统和光学传感技术正在使这一革命成为可能。
    移动手机已经可以提供大量的健康信息。加速度计可以跟踪运动和睡眠，当用户触摸手机时，内置光传感器可以感知心脏速率。在手机的摄像头可以被用于不同的目的，比如检查食品的卡路里含量，或基于人脸表情识别自己的情绪。广泛的手机应用已经发展到能够分析这些数据，并用易于理解和操作的方式反馈给消费者。
    综观未来7~15年（到2020年以后）设备和系统的发展，基于全新原理的设备将支持全新的架构。例如，自旋波设备（spin wave device， SWD）是一种磁逻辑器件，利用集体旋转振荡（自旋波）进行信息传输和处理。自旋波设备将输入电压信号转换成的自旋波，计算自旋波，将自旋波输出转换成电压信号。在一个单核心结构中，对多重频率的大规模并行数据处理能通过开辟每个频率为不同的信息通道，以非常低的功率来进行。此外，一些新设备推动新架构的创造。例如，存储级存储器（storage-class memory，SCM）是一种结合固态存储器（高性能和鲁棒性）、归档功能和常规硬盘磁存储的低成本优点的设备。这样一个设备需要一个非易失性存储器（nonvolatile memory，NVM）技术，能以一个非常低的成本制造每比特储存空间。
    三、制造
    受维度扩展的驱动，集成电路制造的精度将在未来15年内达到几纳米级别。运用任何技术测量晶片上的物理特性已经变得越来越困难，通过关联工艺参数和设备参数将基本实现这个任务。通过控制设备稳定性和工艺重现性，对特征尺寸等过程参数的精确控制已经能够完成。
    晶圆厂正在持续地受数据驱动，数据量、通信速度、数据质量、可用性等方面的要求被理解和量化。晶圆片由300毫米向450毫米转型面临挑战。应着眼于对300毫米和450毫米共性技术的开发，450毫米技术的晶圆厂将因适用300毫米晶圆片的改进技术而受益。
    系统级芯片和系统级封装集成将持续升温。集成度的提高推动测试解决方案的重新整合，以保持测试成本和产品质量规格。优化的测试解决方案可能需要访问和测试嵌入式模块和内核。提供用于多芯片封装的高品质晶粒的已知好芯片（KGD）技术也变得非常重要，并成为测试技术和成本折中的重要部分。
    （来源：中国经济网）
    

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