作為整個計算機行業(yè)最重要的定律，摩爾定律一直像神一樣的預言一步步被驗證，在半導體技術的演進道路上具有指導意義。簡單來說，若想在相同面積的晶圓下生產(chǎn)出同樣規(guī)格的芯片，隨著制程技術的進步，每隔一年半，芯片產(chǎn)出量就可增加一倍，換算為成本，即每隔一年半成本可以降低五成。

業(yè)界關于“摩爾定律”時代的終結正處于積極討論中，因為研究和實驗室的成本需求十分高昂，制程工藝在5nm時將接近半導體的物理極限，很難再縮小下去。抱著這樣的疑問，集微網(wǎng)記者專程奔赴南京，對FinFET技術發(fā)明人、FD-SOI工藝發(fā)明人、國際微電子學家胡正明教授進行了獨家專訪，希望能為大家答疑解惑。
物理極限？

隨著晶體管尺寸的縮小，源極和柵極的溝道不斷縮短，當溝道縮短到一定程度的時候，量子隧穿效應就會變得極為容易。換言之，就算沒有加電壓，源極和漏極都可以認為是互通的，晶體管就失去了本身開關的作用，沒有辦法實現(xiàn)邏輯電路。從最新的半導體工藝技術路線圖來看，臺積電的10nm工藝預計今（2016）年底實現(xiàn)量產(chǎn)，7nm將延至2018年量產(chǎn)，5nm會成為極限嗎？

對此，胡正明教授表示，5nm指的是線寬問題，這個數(shù)值未必代表著極限。但就物理極限本身來說，我們要接受“物理極限”的客觀存在，至于會不會是5nm節(jié)點很難說。

一方面，我們總有辦法將半導體工藝的發(fā)展往前推。另一方面，5nm的意義已經(jīng)不夠清晰。在以往的技術中，我們可以通過測量線寬的方式去直觀的理解。但當工藝技術走進14nm、10nm、7nm，線寬已然成為了一個標簽，到底有多小，是不是真的有條線在那里，會不會有比5更小的值出現(xiàn)我們不知道。但不可否認的是，想要把芯片的尺寸做小是有一定極限的，至于誰先跑到極限，這不是我們該思考的問題。性能、功耗、成本對于半導體從業(yè)人員來說，為什么我們一直密切著關心尺寸的變化？

這是因為單單靠著尺寸縮小這一件事，我們就能夠把成本降低，提高性能，改進功耗，但是尺寸不會永遠縮小。我們該通過什么辦法達到同樣的目標呢？答案肯定是有的。

同樣的一塊晶圓上，尺寸變小可以放進去更多的晶片。當晶片尺寸到達極限時，怎樣才能放入更多的芯片呢？我們可以選擇向上發(fā)展。其實，F(xiàn)inFET技術除了解決晶體做薄后的漏電問題，它的另一個好處是把晶片的內(nèi)構從水平變成垂直，把二維變成三維。這就好比平房變高樓，我們可以在同樣的單位面積上放置更多的晶片。到目前為止，我們?nèi)詻]有好好的利用這一點，我們的Fin（thin-body）可以做的更高一些。

據(jù)胡正明教授對集微網(wǎng)透露，英特爾已經(jīng)將Fin（thin-body）做到第二代（generation），從30nm到40nm，未來的Fin值還會更高，我們已經(jīng)看到這個趨勢，在這個維度上已經(jīng)有公司走在路上。

除了將晶體管從二維變成三維，線路是不是也可以從二維變成三維呢？同樣的芯片為什么只能有一層線路？為什么不能夠做一層線路，加一層氧化物后再做一層線路呢？這就需要改變現(xiàn)有的半導體材料的技術。目前已經(jīng)有專家在將絕緣體/氧化層上加一層單晶的半導體，這是有辦法的，也是我們研究的方向。

以目前成果來說，把線路層簡單的疊加，只能夠改進芯片的性能和功耗，卻做不到成本的降低。在成本支出上，將5-6層的線路疊加的費用上，遠大于平鋪這些線路時的支出。我們需要想出新的制造方法，在實現(xiàn)芯片性能和功耗改進的同時，控制制造成本。

性能和功耗，就好比同一件事情的兩面性。想要減少功耗，最重要的一點就是將電壓降低。胡正明教授對集微網(wǎng)表示，在這個領域上，我們最近取得了一個突破，通過負電容晶體管設計的引進，會將CMOS的電壓降低至0.4V、0.3V、甚至0.2V。因為負電容器件（鐵電材料）的引進，在不同機制下可能會帶來速度限制的問題，但胡正明教授指出到目前為止，它的限制還不會高過半導體晶體管的速度。

與以往先改善芯片、軟件隨后跟上的發(fā)展趨勢不同，業(yè)界提出了一種新的戰(zhàn)略——“超越摩爾定律”（More than Moore ），將首先看軟件——從手機到超級電腦再到云端的數(shù)據(jù)中心——然后反過來看要支持軟件和應用的運行需要什么處理能力的芯片來支持。胡正明教授指出，這是從性能、功耗和成本之外，從增加價值的角度來新增一個維度，“超越摩爾定律”做的就是將半導體的一切向三維的方向發(fā)展。

胡正明教授表示，半導體的發(fā)展并沒有進入尾聲，事實上它還有一百年的榮景在。全世界需要越來越多的智慧器件，除半導體外，目前還看不到有其他技術能夠提供這些智慧器件。即便在磁和光的方向有突破，我相信新的技術也會被半導體產(chǎn)業(yè)并購并加以吸收。因為只有半導體有這樣的資本，將新技術制造、設計和推廣的能力，小的突破是很容易被大的產(chǎn)業(yè)吸收的。

特別對于半導體從業(yè)人員，胡正明教授希望大家保持信心，產(chǎn)業(yè)的進步需要我們通過不斷的改進，過去五十年是這樣走過來的，相信未來五十年也會這樣走下去。

山東芯演欣電子科技發(fā)展有限公司     聯(lián)系電話:18865375835