找到挑戰(zhàn)和瓶頸 加快技術創(chuàng)新——美國半導體協(xié)會副總裁PushkarApte解讀國際技術路線圖

編者按：創(chuàng)新與變革是集成電路產業(yè)發(fā)展的主旋律。集成電路產業(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，沿著摩爾定律前進(moreMoore’s)；另一方面，產品多功能化(morethanMoore’s)趨勢日益明顯。國際半導體技術路線圖(ITRS)是被業(yè)界廣泛認同的對未來15年內半導體研發(fā)需求的最佳預測。在國際金融危機沖擊半導體產業(yè)、半導體技術變化更加迅速、產業(yè)競爭更加激烈的狀況下，ITRS會對半導體產業(yè)的未來做出怎樣的指導和預測？在日前舉辦的ICCHINA2009期間，中國半導體行業(yè)協(xié)會特別邀請美國半導體協(xié)會副總裁PushkarApte先生，就國際半導體技術路線圖與中國半導體領域的頂級專家進行了深入交流和探討?！吨袊娮訄蟆酚浾咭灾袊鴮＜姨釂枴ushkarApte回答的形式對此內容進行加工整理，并在《中國電子報》發(fā)表，希望對業(yè)內人士和廣大讀者有所裨益。

ITRS描述多領域新器件450mm技術關鍵是經濟可行性

問：在ITRS(國際半導體技術路線圖)組織看來，到2020年，除了CMOS(互補型金屬氧化物半導體)之外，半導體元器件還會有哪些新的結構？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，并對新型元器件進行了描述。在這個章節(jié)中，有很多候選的元器件，它們采用不同的材料或結構。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，將被應用到不同的領域。但究竟哪一種元器件有光明的未來，哪一個行業(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。

我們當前的技術路線圖，也就是對2020年之前的技術展望，還主要集中在CMOS技術上。對于CMOS之外的新型元器件結構，目前還沒有制定路線圖。在2020年之后，我們會不會制定一個針對新器件的技術路線圖，現(xiàn)在還不得而知。事實上，即便是針對CMOS技術，我們的技術路線圖也不可能百分之百地進行精確的預測。

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

答：就應用而言，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，應該是全球半導體產業(yè)新的增長點。當然，也可能有一些我們暫時沒有預測到的應用會突然出現(xiàn)。半導體市場的發(fā)展在很大程度上是受終端應用驅動的。例如，個人計算機的普及推動了CPU和存儲器市場的擴張；手機的普及使MCU(微控制器)、DSP(數字信號處理器)、電源管理芯片和ADC(模數轉換器)市場得到迅速增長。至于新的工藝，我認為SOI(絕緣體上硅)、ChannelRe-placement(溝道替換)等新技術將來會取得突破性進展。從材料方面看，并不是每一個公司都采用高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)在半導體工藝越來越復雜，在IC設計尤其是Layout(版圖平面)設計過程中就必須考慮制造中可能出現(xiàn)的問題，DFM(可制造性設計)的概念就是為了解決這些問題而被提出來的。請問在技術路線圖中，是否對DFM作了相關規(guī)定？

答：ITRS所討論的都是商業(yè)運營前的技術。盡管ITRS討論過DFM的話題，但這種討論并不很詳細，因為一些公司在這個領域里有知識產權(IPR)。DFM技術涉及一些IC設計和制造企業(yè)的專有技術，部分企業(yè)目前還不愿意公開其專有技術或流程。對于這些專有技術中尚未公開的部分，我們的技術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備都需要更換，投資巨大。你認為450mm晶圓工藝的前景如何？在技術上將面臨哪些挑戰(zhàn)？

答：在過去幾年里，半導體業(yè)界在450mm工藝領域的研發(fā)已經開始活躍起來。根據我們的路線圖，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晶圓生產線的生產力能夠得到提高，那么300mm晶圓生產線也將受益匪淺。因為450mm晶圓生產線所采用的新工藝也可以在300mm晶圓生產線上應用。

從300mm升級到450mm的過程中，確實有很多棘手的技術問題需要解決，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。美國的半導體制造聯(lián)合會正在這方面采取行動。從技術和工藝方面來看，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理論，而是可以通過工程技術來解決。我們業(yè)內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。當然他們要花多長時間來解決，我不能預測。因此，我認為450mm晶圓生產是否可行，在很大程度上不是一個技術問題，而是一個經濟問題。那些認為450mm晶圓生產線在經濟上可行的企業(yè)，自然會去推動這一技術走向商用。

ITRS找到產業(yè)挑戰(zhàn)和瓶頸很難量化ITRS價值

問：國際半導體技術路線圖對于半導體產業(yè)作出了哪些貢獻？這種貢獻能否量化？

答：國際半導體技術路線圖可以提出半導體行業(yè)內存在的挑戰(zhàn)，并指出一些新技術、新工藝存在的瓶頸，這使企業(yè)和科研機構能夠集中更多的資源、有針對性地加以解決。我認為這是技術路線圖對半導體產業(yè)最大的貢獻。此外，對一家企業(yè)而言，通過技術路線圖可以與行業(yè)內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。但在技術路線圖的推出和實現(xiàn)過程中有很多不確定因素，我們很難用量化的指標來衡量技術路線圖的價值。

問：你剛才講到技術路線圖會指出新技術存在的瓶頸。那么，ITRS組織是如何選擇這些技術的？另外，在技術路線圖的制定過程中，ITRS組織依據什么對技術發(fā)展的進度進行預測？

答：我們會根據業(yè)已掌握的數據，去判斷哪些新技術需要我們投入力量去研究。當然，我們做出這樣的判斷還需要依據業(yè)界公認的技術參數。可以說，決定路線圖中技術發(fā)展進度的不是ITRS組織本身，而是處于科研、生產第一線的工作人員。從長期發(fā)展情況來看，半導體技術發(fā)展的趨勢和進度是符合摩爾定律的。但是，一些創(chuàng)新的技術會把我們帶到一些嶄新的領域。Flash(閃存)技術就是一個這樣的例子。利用Flash技術，人們可以在不縮小器件特征尺寸的情況下實現(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。[!--empirenews.page--]

問：國際半導體技術發(fā)展路線圖選擇方向和問題的依據是什么？

答：技術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。技術路線圖對問題的選擇依照的是我們現(xiàn)在可以獲得的數據和資料。如果有新的資料，我們可以通過驗證，整合到我們的數據庫中，成為我們選擇的新依據。

問：我們知道技術路線圖選擇參數做依據。這些參數是如何選出來的？確定哪幾個參數作為依據是怎么定出來的？

答：我們有專門的團隊進行考量，對超出摩爾定律的部分，工藝性能的參數必須經過每一個參與方的認可，從而確保參數的正確性。我們從1992年開始涉足半導體行業(yè)，已經有16年歷史。在這個過程中，半導體行業(yè)已經發(fā)展得越來越成熟，所以，我們可以找到經過各方認可的主要參數。在參數上達成共識，也是我們做下一步工作的前提條件。

問：國際半導體技術路線圖組織如何選擇團隊，決策過程如何完成？

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

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

問：半導體技術一直遵循摩爾定律，但是跟隨摩爾定律的腳步需要大量的投資?，F(xiàn)在，半導體技術要上一個新臺階，需要的投資要達到幾十億美元。你認為技術的多樣化對于半導體產業(yè)發(fā)展有什么影響？

答：的確，當前投資建設一條45納米或者32納米的生產線需要數十億美元的投資，這對于任何一家企業(yè)或組織來說都是一個挑戰(zhàn)。很少有組織和機構能支付得起如此龐大的投資。因為成本的原因，很多人選擇了多樣化的途徑。正如我們所看到的，很多企業(yè)在追求技術的多樣化。例如，模擬器件工藝就是一個方向。對模擬器件的生產而言，其先進工藝水平通常比數字芯片落后兩代，老一點的技術肯定比新技術便宜，其投資相應也會減少很多。但是，天下沒有免費的午餐，模擬領域也必須應對系統(tǒng)集成過程中的很多問題。事實上，在任何一個領域，如果想在演進中脫穎而出，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，在任何一個領域，都有贏家和輸家。

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

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

問：在半導體工藝進入90納米節(jié)點以前，技術路線圖中所介紹的內容都是比較明確的，但在90納米之后，由于工藝技術越來越復雜，技術路線的內容也出現(xiàn)了分化?，F(xiàn)在的路線圖談的內容是截止到2020年之前的。請問ITRS組織如何應對這種挑戰(zhàn)？技術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)展的主要驅動力？

答：國際半導體技術路線圖在制定的過程中確實遇到了一些挑戰(zhàn)，我們也試圖把目光放得更長遠一些。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)展狀況，我們沒有做出完美的預測。這并不意味著2020年以后，我們的路線圖就要停掉了。對于一些基礎性的問題，如果從較長遠的角度來考慮的話，我們會采取替代的方案。目前我們堅持制定半導體產業(yè)未來15年的發(fā)展路線，但在這個過程中也會有一些變化。

隨著器件特征尺寸的縮小，工藝技術日益復雜化。在這個過程中，產業(yè)中出現(xiàn)了多樣化的工藝技術。而且，在遵循摩爾定律的技術發(fā)展過程中，在設備和應用方面也出現(xiàn)了分化。其實，各種新的解決方案都是為了實現(xiàn)某種功能，這種功能是具有普遍意義的。因此，我們路線圖的關注點是各種器件的功能，而不是具體的解決方案。當然，器件功能的需求也在不斷改變，我們會持續(xù)關注這種變化。
發(fā)展中國家的半導體產業(yè)以成本作為推動力，在今后10年趕上發(fā)達國家并轉變?yōu)轭I先的國家，這種可能性是存在的。但是，如果技術進步被完全商品化，無法再取得新的突破，技術就停滯了，半導體行業(yè)不會如此。半導體行業(yè)是一個充滿了活力和創(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。