2019年中国集成电路路线图(复旦大学微电子学院院长,国家集成电路创新中心总经理张卫教授)--安徽艾约塔硅油有限公司

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2019年中国集成电路路线图(复旦大学微电子学院院长,国家集成电路创新中心总经理张卫教授)

阅读量：3714022 2019-10-23

  张卫：各位院士，各位领导，就2019年中国集成电路路线图编纂工作做一个说明，我们知道技术路线图国际上一直有这样的路线图，最早技术路线图是在1992年由美国半导体行业协会他们制定叫NTRS，当时1992年发布第一版，1994、1997做了两次更新，总共发了三版NTRS，1998年当时美国半导体行业也会，也邀请欧洲、韩国、日本、中国台湾地区，半导体行业协会邀请共同来对NTRS做一个修订，修订之后在1999年完全了第一版NTRS，相当于全球主要的半导体区域，NTRS路线图主要给出了未来15年集成电路演进方案和设想，供大家参考。包括大学做研究也是对这一块上面提出来的解决方案，应该说为国际集成电路产业提供很大帮助。
    实际上NTRS从1999年第一版到2016年，NTRS不再更新，总共发了900NTRS，从2017年开始，接过了一个报，它不叫IRTS，它叫IRDS，现在叫器件和系统的路线图，也是对未来15年，主要不仅仅讲半导体，更多强调技术，所以对半导体和计算机所需要的技术进行预测。整个看到半导体行业的发展，其实有清晰的主线，不管是IRTS阶段，主要按照摩尔定律方向，引领产业界怎么实现更高尺寸，更高的集成度，高低的价值方向发展，本质上就是CMOS技术集成度的提高。
    对于IDRS发生了一个转变，尺寸特征缩小会碰到很多问题，传统意义上的摩尔定律难以为继，其他的可以推动摩尔定律往前走，半导体发展技术演变趋势从以前尺寸缩小逐步演变为降低芯片功耗、扩展芯片功能等方面，可以看到器件和系统的路线图。我们也在想随着这几年国家集成电路产业核技术的不断发展，技术水平不断提高，我们学院有中国技术发展路线图，我们觉得非常有必要。刚才校长也介绍在去年成立了国家集成电路创新中心，编纂这个路线图能够为国家集成电路和产业发展做一些指导和贡献。这个是我们技术路线图的整个目录，主要包括这几个大部分：
    一、现状就是光刻工艺、逻辑工艺、存储器、超越摩尔、第三代功率，这几大块做的路线图。下面简单介绍一下，摩尔定律延续关键，未来主要还是从这几大模块开始，我们也是按照几大模块进行区分。结合国内集成电路发展现状，这是刚才讲到五大模块。超越摩尔和第三代半导体的情况，还有结合国际上集成电路发展现状，有这样几个特点，产业链发展日渐完善，设计、制造技术协同发展，产业发展不断深入，战略性新兴产业突起，国内主要半导体企业重点布局，蓄势待发。比如中芯国际集成电路制造有限公司，华虹集团也是不断发展，长江存储是36层的都有非常大的进步。技术节点这一块必不可少要谈，现在来看技术节点这一块，传统技术节点仅仅是一个名称，跟实际上技术三长已经没有太大关系。
    我们也在考虑未来到底用哪几种方式来，国际上现在说五纳米、七纳米叫一个名称，其实没有太大关系，我们是不是也可以以间距为标准，虽然国际叫七纳米、五纳米、三纳米跟实际技术尺寸没有太大关系，所以我们想有什么样方式能够有一个对接，这个也是在路线图专门强调的。我们知道技术发展里面光刻技术非常关键的技术，传统单次曝光现在多次曝光、双次曝光都是大发展，EUV可以省掉很多东西，这里边我们也专门请了一个专家，尤其在产业界和学界对这个方面有深入研究的，对未来光刻节点基本设计方法做了一些预测，这是我们预测的表。
    我们可以看出来对未来到2030年，十四纳米的时候将来EUV会是什么样的技术，它的间距需要多大，这里面有很详细的，路线图里面对它产生都有一个，包括未来套刻的要求、光刻机的一些要求都做了预测。对于逻辑器件这一块，我们知道传统在22纳米以后要有新的器件出现，纳米线纳米件的器件出现。主要讲发展路径，未来我们说FET主要在高端技术这一块，SOL在低功耗，可能在6G、5G里面有非常大的进步，我们也做了预测，特别是SOL产业链这方面。环柵无论是L-GAA还是V-GAA，它的精细度都需要提升，这里有很多问题。我们做了技术的判断，我们也是希望能够研究这样的路径，为工业界提供指导参考，对未来的预测情况。
    我们把传统的节点也放在了上面，存储器这一块，现在存储器市场非常大，包括在2018年，当时存储器价格大涨，在全球市场份额有三分之一市场，包括dram、nand这两块，DRAM占700、800亿份额，存储器市场跟逻辑这一块相比，竞争更加的激烈，主要是几家。像DRAM这一块，工业界产业界还是EPC这个结构，未来实现高密度4个平方还是受限比较大，现在大家都在想需要特殊设备实现集成电路，当然也有很多未来的设想，这是DRAM路线图，包括单元结构、尺寸，未来实现的电子性等等。DRAM这一块确实很难预测，因为从国际上讲占几家传统DRAM技术，他们技术到2025年前后也非常谨慎，存在很大不确定性，DRAM提供更好的机会、机遇，能够有一些创新技术在发展。
    flash在很多方面都有应用，现在主要NOP flash占很大市场份额，可以看到flash路线图里面，nopflash得到很大的进步，都在不断往前推动，未来可能到2030年或者更长时间，有可能会更激进，有可能超过1000层都是有可能的，这个也是flash的现状，在路线图有详细的描述。新型存储器方面，已经合作开发3DXPoint已经实现量产，也推出多次存储技术，实际上也是最接近大规模产业化，如果像marm也是新的技术，实现量产可能性也非常大。这些存储器包括DRAM等等都是要探索，但是往前做的也是有很大挑战。在技术路线图预测的时候，可以尽量避免使用这些新的技术能够取代，像传统的尽量避免，这些存储器有他们的优势，但是他们的市场从整个产业链角度来讲还不具有完备性。
    在后摩尔时代超越摩尔技术这一段，在早期STRS对这个技术有一定描述，他并不完全依赖于这个尺寸，他的尺寸也在缩小，他不需要快速提供这个工艺，他是在很多技术节点主要面向产品牵引，像光电、模拟、高功率、射频、生化等等。这一块主要讲功率半导体等等，他从器件到电路、制程、封装主要追求更高产品，在工艺这一块，我们认为IDM模式更适合他发展，设计和工艺包括器件结构往往密不可分，需要协同发展，这一块在做集成电路路线图考虑需要考虑的，包括工艺架构设计，以全产业链整合IDM形式来发展功率半导体产业。
    智能传感器发展方向围绕更高精度、灵敏度、集成度、更小微化、更多样化、更智能化，这一块很难用统一的工艺对它进行衡量，我们也尽量做一些归类，将来对互联网、自动驾驶这一类发展需要更多智能传感器，在市场份额会占越来越大的份额。从芯片设计、精圆制造、封装测试这一块，在人工智能这一块更要考虑智能传感器发展路线。硅光技术基于硅和硅基衬底材料，利用CMOS工艺进行光器件开发与集成，结合CMOS的双重优势，这个我们也是做了更高的预测，更高集成路线发展趋势，退汞硅光技术在未来产业界能够更大发展。
    第三代半导体我们专门做了一张拉出来，不管是从传统意义上器件角度还是从别的角度来讲，是集成电路需要发展的这一块，中国集成电路作为后来追赶者，我们加快推动有可能更快跟国际上先进发达国家对接的一个领域。这一块对它的技术演进路线包括器件结合创新、系统集成工艺都做了技术预测，这是平面结构到沟槽结构的严禁，是提升器件性能、改善可靠性的关键。降低成本、系统小型化、提升效率是第三代半导体最终目标，这也是编纂技术路线图一直要遵循的三个要素。这是总的战略思考，第三代半导体发展有独特性，我们需要有一些工艺的装备、工艺技术的整合和可能性、设计和系统集成方面跟传统的工艺有很大不同，对这一块提出很多技术发展的方向和目标。
    最后，编制中国集成电路技术路线图是一种尝试，路线图体现了对集成电路技术发展前沿的宏观分析与判断，通过路线图编制试图明确未来集成电路产业技术发展的目标、方向、重点、关键问题、时间节点。我们借鉴IRDS、ITRS的模式，结合我国集成电路产业和技术的实际，组织专家编写了这本路线图，尝试预测我国集成电路技术发展的路径选择，规划周期，希望能为我国集成电路产业和技术发展提供帮助。谢谢，请各位专家指正。