美国半导体协会副总裁解读未来芯片技术

2009/11/19/08:56 来源：中国电子报

创新与变革是集成电路产业发展的主旋律。集成电路产业发展到今天，不断表现出新的趋势和特征：一方面继续专注于CMOS技术，沿着摩尔定律前进 (moreMoore’s)；另一方面，产品多功能化(morethanMoore’s)趋势日益明显。国际半导体技术路线图(ITRS)是被业界广泛认同的对未来15年内半导体研发需求的最佳预测。在国际金融危机冲击半导体产业、半导体技术变化更加迅速、产业竞争更加激烈的状况下，ITRS会对半导体产业的未来做出怎样的指导和预测？在日前举办的ICCHINA2009期间，中国半导体行业协会特别邀请美国半导体协会副总裁PushkarApte先生，就国际半导体技术路线图与中国半导体领域的顶级专家进行了深入交流和探讨。《中国电子报》记者以中国专家提问、PushkarApte回答的形式对此内容进行加工整理，并在《中国电子报》发表，希望对业内人士和广大读者有所裨益。

ITRS描述多领域新器件450mm技术关键是经济可行性

问：在ITRS(国际半导体技术路线图)组织看来，到2020年，除了CMOS(互补型金属氧化物半导体)之外，半导体元器件还会有哪些新的结构？你最看好哪种元器件的发展前景？

答：在ITRS的文件中有专门的章节，探讨未来的元器件类型，并对新型元器件进行了描述。在这个章节中，有很多候选的元器件，它们采用不同的材料或结构。例如，石墨纳米带器件、碳纳米管器件、自旋器件和量子器件等。我想这些器件是比较有潜力的，将被应用到不同的领域。但究竟哪一种元器件有光明的未来，哪一个行业会对哪一类元器件更感兴趣，还有很多不确定性。要想发挥这些新型元器件的潜力，还需要在科研方面投入更大的力量。

我们当前的技术路线图，也就是对2020年之前的技术展望，还主要集中在CMOS技术上。对于CMOS之外的新型元器件结构，目前还没有制定路线图。在2020年之后，我们会不会制定一个针对新器件的技术路线图，现在还不得而知。事实上，即便是针对CMOS技术，我们的技术路线图也不可能百分之百地进行精确的预测。

问：你认为半导体市场的下一个杀手级应用是什么？与此同时，在CPU(中央处理器)、存储器、FPGA(现场可编程门阵列)、RF(射频)等产品中，哪种产品更具市场前景？此外，从工艺角度来讲，你认为下一个技术突破点是什么？

答：就应用而言，目前我们看到医疗电子和汽车电子具有较大的增长潜力，应该是全球半导体产业新的增长点。当然，也可能有一些我们暂时没有预测到的应用会突然出现。半导体市场的发展在很大程度上是受终端应用驱动的。例如，个人计算机的普及推动了CPU和存储器市场的扩张；手机的普及使MCU(微控制器)、DSP(数字信号处理器)、电源管理芯片和ADC(模数转换器)市场得到迅速增长。至于新的工艺，我认为SOI(绝缘体上硅)、 ChannelRe-placement(沟道替换)等新技术将来会取得突破性进展。从材料方面看，并不是每一个公司都采用高K金属栅材料。因此，各公司在材料方面也会有新的选择和新的突破。

问：现在半导体工艺越来越复杂，在IC设计尤其是Layout(版图平面)设计过程中就必须考虑制造中可能出现的问题，DFM(可制造性设计)的概念就是为了解决这些问题而被提出来的。请问在技术路线图中，是否对DFM作了相关规定？

答：ITRS所讨论的都是商业运营前的技术。尽管ITRS讨论过DFM的话题，但这种讨论并不很详细，因为一些公司在这个领域里有知识产权 (IPR)。DFM技术涉及一些IC设计和制造企业的专有技术，部分企业目前还不愿意公开其专有技术或流程。对于这些专有技术中尚未公开的部分，我们的技术路线图自然无法涉及，也就无法分享出来。

问：450mm晶圆工艺是业界一个有争议的话题。450mm晶圆工艺所采用的光刻、干法刻蚀、湿法刻蚀以及清洗设备都需要更换，投资巨大。你认为450mm晶圆工艺的前景如何？在技术上将面临哪些挑战？

答：在过去几年里，半导体业界在450mm工艺领域的研发已经开始活跃起来。根据我们的路线图，450mm晶圆工艺将在2014年到2016年之间推出。晶圆尺寸的增大虽然可能并不会降低产业的整体成本(TCO)，但肯定有利于降低芯片的制作成本。另外，如果450mm晶圆生产线的生产力能够得到提高，那么300mm晶圆生产线也将受益匪浅。因为450mm晶圆生产线所采用的新工艺也可以在300mm晶圆生产线上应用。

从300mm升级到450mm的过程中，确实有很多棘手的技术问题需要解决，有很多方面需要改善。从物理方面来看，晶圆变大并变重了，运输方面要面临新问题，工程方面也面临很多新问题。美国的半导体制造联合会正在这方面采取行动。从技术和工艺方面来看，在光刻、干法刻蚀、湿法刻蚀、清洗工序以及硅片均匀性方面都会有难题。目前这些问题还没有得到很好的解决，但这些问题的解决都不涉及科学理论，而是可以通过工程技术来解决。我们业内有很多杰出的工程师，我们相信他们最终能够解决这些难题。当然他们要花多长时间来解决，我不能预测。因此，我认为450mm晶圆生产是否可行，在很大程度上不是一个技术问题，而是一个经济问题。那些认为450mm晶圆生产线在经济上可行的企业，自然会去推动这一技术走向商用。

ITRS找到产业挑战和瓶颈很难量化ITRS价值

问：国际半导体技术路线图对于半导体产业作出了哪些贡献？这种贡献能否量化？

答：国际半导体技术路线图可以提出半导体行业内存在的挑战，并指出一些新技术、新工艺存在的瓶颈，这使企业和科研机构能够集中更多的资源、有针对性地加以解决。我认为这是技术路线图对半导体产业最大的贡献。此外，对一家企业而言，通过技术路线图可以与行业内的其他竞争对手做比较，来判断自身在行业中所处的地位。但在技术路线图的推出和实现过程中有很多不确定因素，我们很难用量化的指标来衡量技术路线图的价值。

问：你刚才讲到技术路线图会指出新技术存在的瓶颈。那么，ITRS组织是如何选择这些技术的？另外，在技术路线图的制定过程中，ITRS组织依据什么对技术发展的进度进行预测？

答：我们会根据业已掌握的数据，去判断哪些新技术需要我们投入力量去研究。当然，我们做出这样的判断还需要依据业界公认的技术参数。可以说，决定路线图中技术发展进度的不是ITRS组织本身，而是处于科研、生产第一线的工作人员。从长期发展情况来看，半导体技术发展的趋势和进度是符合摩尔定律的。但是，一些创新的技术会把我们带到一些崭新的领域。Flash(闪存)技术就是一个这样的例子。利用Flash技术，人们可以在不缩小器件特征尺寸的情况下实现器件功能的最大化。对于ITRS组织而言，我们会在路线图中客观地反映这些创新技术。

问：国际半导体技术发展路线图选择方向和问题的依据是什么？

答：技术路线图的宗旨是找到最困难的挑战和瓶颈，并且集中资源来攻克这些瓶颈，找到解决方法。技术路线图对问题的选择依照的是我们现在可以获得的数据和资料。如果有新的资料，我们可以通过验证，整合到我们的数据库中，成为我们选择的新依据。

问：我们知道技术路线图选择参数做依据。这些参数是如何选出来的？确定哪几个参数作为依据是怎么定出来的？

答：我们有专门的团队进行考量，对超出摩尔定律的部分，工艺性能的参数必须经过每一个参与方的认可，从而确保参数的正确性。我们从1992年开始涉足半导体行业，已经有16年历史。在这个过程中，半导体行业已经发展得越来越成熟，所以，我们可以找到经过各方认可的主要参数。在参数上达成共识，也是我们做下一步工作的前提条件。

问：国际半导体技术路线图组织如何选择团队，决策过程如何完成？

答：第一，国际半导体技术路线图组织是自发性的组织，并没有执行力。第二，如果在技术路线图中存在分歧的话，我们肯定会进行辩论。我们总是要找到客观的数据和资料来解决这些矛盾。如果当前还没有数据或资料，我们就等到有数据和资料的时候。数据对我们来说很重要。我们通过客观的数据来解决问题。我们这个组织的成员是来自各个国家和地区的代表，他们都有发言权，这有助于我们客观地解决问题。

More than Moores更受关注半导体业创新不会停滞

问：半导体技术一直遵循摩尔定律，但是跟随摩尔定律的脚步需要大量的投资。现在，半导体技术要上一个新台阶，需要的投资要达到几十亿美元。你认为技术的多样化对于半导体产业发展有什么影响？

答：的确，当前投资建设一条45纳米或者32纳米的生产线需要数十亿美元的投资，这对于任何一家企业或组织来说都是一个挑战。很少有组织和机构能支付得起如此庞大的投资。因为成本的原因，很多人选择了多样化的途径。正如我们所看到的，很多企业在追求技术的多样化。例如，模拟器件工艺就是一个方向。对模拟器件的生产而言，其先进工艺水平通常比数字芯片落后两代，老一点的技术肯定比新技术便宜，其投资相应也会减少很多。但是，天下没有免费的午餐，模拟领域也必须应对系统集成过程中的很多问题。事实上，在任何一个领域，如果想在演进中脱颖而出，都必须面对不同的挑战，战胜不同的困难。同样，在这一过程中，在任何一个领域，都有赢家和输家。

问：我们看到“MorethanMoore’s”是在2005年的技术路线图中提出的。在2007年的技术路线图中，认为“MorethanMoore’s”技术在应用中的比重会越来越大。如何理解比重越来越大的概念？

答：我们很难从产能上计算“MorethanMoore’s”技术的比重，但我们看到，的确有越来越多采用多重技术的产品，也有相关的技术策略或战略被制定出来，或者被整合到现有公司的技术中去。由于成本和应用的原因，“MorethanMoore’s”技术会变得越来越普遍。人们对于 “MorethanMoore’s”技术的认知程度和关注程度会越来越高。这是显而易见的事情。

问：在半导体工艺进入90纳米节点以前，技术路线图中所介绍的内容都是比较明确的，但在90纳米之后，由于工艺技术越来越复杂，技术路线的内容也出现了分化。现在的路线图谈的内容是截止到2020年之前的。请问ITRS组织如何应对这种挑战？技术路线图会不会停滞下来？另外，从今后的发展来看，成本是否会成为左右行业发展的主要驱动力？

答：国际半导体技术路线图在制定的过程中确实遇到了一些挑战，我们也试图把目光放得更长远一些。例如，我们增加了新型元器件的章节。但对于新型元器件具体的发展状况，我们没有做出完美的预测。这并不意味着2020年以后，我们的路线图就要停掉了。对于一些基础性的问题，如果从较长远的角度来考虑的话，我们会采取替代的方案。目前我们坚持制定半导体产业未来15年的发展路线，但在这个过程中也会有一些变化。

随着器件特征尺寸的缩小，工艺技术日益复杂化。在这个过程中，产业中出现了多样化的工艺技术。而且，在遵循摩尔定律的技术发展过程中，在设备和应用方面也出现了分化。其实，各种新的解决方案都是为了实现某种功能，这种功能是具有普遍意义的。因此，我们路线图的关注点是各种器件的功能，而不是具体的解决方案。当然，器件功能的需求也在不断改变，我们会持续关注这种变化。

发展中国家的半导体产业以成本作为推动力，在今后10年赶上发达国家并转变为领先的国家，这种可能性是存在的。但是，如果技术进步被完全商品化，无法再取得新的突破，技术就停滞了，半导体行业不会如此。半导体行业是一个充满了活力和创造力的行业，如果某一条路走不通的话，业界人士会选择走另外一条路去持续创新。

2009/11/19/08:56 来源：中国电子报

创新与变革是集成电路产业发展的主旋律。集成电路产业发展到今天，不断表现出新的趋势和特征：一方面继续专注于CMOS技术，沿着摩尔定律前进 (moreMoore’s)；另一方面，产品多功能化(morethanMoore’s)趋势日益明显。国际半导体技术路线图(ITRS)是被业界广泛认同的对未来15年内半导体研发需求的最佳预测。在国际金融危机冲击半导体产业、半导体技术变化更加迅速、产业竞争更加激烈的状况下，ITRS会对半导体产业的未来做出怎样的指导和预测？在日前举办的ICCHINA2009期间，中国半导体行业协会特别邀请美国半导体协会副总裁PushkarApte先生，就国际半导体技术路线图与中国半导体领域的顶级专家进行了深入交流和探讨。《中国电子报》记者以中国专家提问、PushkarApte回答的形式对此内容进行加工整理，并在《中国电子报》发表，希望对业内人士和广大读者有所裨益。

ITRS描述多领域新器件450mm技术关键是经济可行性

问：在ITRS(国际半导体技术路线图)组织看来，到2020年，除了CMOS(互补型金属氧化物半导体)之外，半导体元器件还会有哪些新的结构？你最看好哪种元器件的发展前景？

答：在ITRS的文件中有专门的章节，探讨未来的元器件类型，并对新型元器件进行了描述。在这个章节中，有很多候选的元器件，它们采用不同的材料或结构。例如，石墨纳米带器件、碳纳米管器件、自旋器件和量子器件等。我想这些器件是比较有潜力的，将被应用到不同的领域。但究竟哪一种元器件有光明的未来，哪一个行业会对哪一类元器件更感兴趣，还有很多不确定性。要想发挥这些新型元器件的潜力，还需要在科研方面投入更大的力量。

我们当前的技术路线图，也就是对2020年之前的技术展望，还主要集中在CMOS技术上。对于CMOS之外的新型元器件结构，目前还没有制定路线图。在2020年之后，我们会不会制定一个针对新器件的技术路线图，现在还不得而知。事实上，即便是针对CMOS技术，我们的技术路线图也不可能百分之百地进行精确的预测。

问：你认为半导体市场的下一个杀手级应用是什么？与此同时，在CPU(中央处理器)、存储器、FPGA(现场可编程门阵列)、RF(射频)等产品中，哪种产品更具市场前景？此外，从工艺角度来讲，你认为下一个技术突破点是什么？

答：就应用而言，目前我们看到医疗电子和汽车电子具有较大的增长潜力，应该是全球半导体产业新的增长点。当然，也可能有一些我们暂时没有预测到的应用会突然出现。半导体市场的发展在很大程度上是受终端应用驱动的。例如，个人计算机的普及推动了CPU和存储器市场的扩张；手机的普及使MCU(微控制器)、DSP(数字信号处理器)、电源管理芯片和ADC(模数转换器)市场得到迅速增长。至于新的工艺，我认为SOI(绝缘体上硅)、 ChannelRe-placement(沟道替换)等新技术将来会取得突破性进展。从材料方面看，并不是每一个公司都采用高K金属栅材料。因此，各公司在材料方面也会有新的选择和新的突破。

问：现在半导体工艺越来越复杂，在IC设计尤其是Layout(版图平面)设计过程中就必须考虑制造中可能出现的问题，DFM(可制造性设计)的概念就是为了解决这些问题而被提出来的。请问在技术路线图中，是否对DFM作了相关规定？

答：ITRS所讨论的都是商业运营前的技术。尽管ITRS讨论过DFM的话题，但这种讨论并不很详细，因为一些公司在这个领域里有知识产权 (IPR)。DFM技术涉及一些IC设计和制造企业的专有技术，部分企业目前还不愿意公开其专有技术或流程。对于这些专有技术中尚未公开的部分，我们的技术路线图自然无法涉及，也就无法分享出来。

问：450mm晶圆工艺是业界一个有争议的话题。450mm晶圆工艺所采用的光刻、干法刻蚀、湿法刻蚀以及清洗设备都需要更换，投资巨大。你认为450mm晶圆工艺的前景如何？在技术上将面临哪些挑战？

答：在过去几年里，半导体业界在450mm工艺领域的研发已经开始活跃起来。根据我们的路线图，450mm晶圆工艺将在2014年到2016年之间推出。晶圆尺寸的增大虽然可能并不会降低产业的整体成本(TCO)，但肯定有利于降低芯片的制作成本。另外，如果450mm晶圆生产线的生产力能够得到提高，那么300mm晶圆生产线也将受益匪浅。因为450mm晶圆生产线所采用的新工艺也可以在300mm晶圆生产线上应用。

从300mm升级到450mm的过程中，确实有很多棘手的技术问题需要解决，有很多方面需要改善。从物理方面来看，晶圆变大并变重了，运输方面要面临新问题，工程方面也面临很多新问题。美国的半导体制造联合会正在这方面采取行动。从技术和工艺方面来看，在光刻、干法刻蚀、湿法刻蚀、清洗工序以及硅片均匀性方面都会有难题。目前这些问题还没有得到很好的解决，但这些问题的解决都不涉及科学理论，而是可以通过工程技术来解决。我们业内有很多杰出的工程师，我们相信他们最终能够解决这些难题。当然他们要花多长时间来解决，我不能预测。因此，我认为450mm晶圆生产是否可行，在很大程度上不是一个技术问题，而是一个经济问题。那些认为450mm晶圆生产线在经济上可行的企业，自然会去推动这一技术走向商用。

ITRS找到产业挑战和瓶颈很难量化ITRS价值

问：国际半导体技术路线图对于半导体产业作出了哪些贡献？这种贡献能否量化？

答：国际半导体技术路线图可以提出半导体行业内存在的挑战，并指出一些新技术、新工艺存在的瓶颈，这使企业和科研机构能够集中更多的资源、有针对性地加以解决。我认为这是技术路线图对半导体产业最大的贡献。此外，对一家企业而言，通过技术路线图可以与行业内的其他竞争对手做比较，来判断自身在行业中所处的地位。但在技术路线图的推出和实现过程中有很多不确定因素，我们很难用量化的指标来衡量技术路线图的价值。

问：你刚才讲到技术路线图会指出新技术存在的瓶颈。那么，ITRS组织是如何选择这些技术的？另外，在技术路线图的制定过程中，ITRS组织依据什么对技术发展的进度进行预测？

答：我们会根据业已掌握的数据，去判断哪些新技术需要我们投入力量去研究。当然，我们做出这样的判断还需要依据业界公认的技术参数。可以说，决定路线图中技术发展进度的不是ITRS组织本身，而是处于科研、生产第一线的工作人员。从长期发展情况来看，半导体技术发展的趋势和进度是符合摩尔定律的。但是，一些创新的技术会把我们带到一些崭新的领域。Flash(闪存)技术就是一个这样的例子。利用Flash技术，人们可以在不缩小器件特征尺寸的情况下实现器件功能的最大化。对于ITRS组织而言，我们会在路线图中客观地反映这些创新技术。

问：国际半导体技术发展路线图选择方向和问题的依据是什么？

答：技术路线图的宗旨是找到最困难的挑战和瓶颈，并且集中资源来攻克这些瓶颈，找到解决方法。技术路线图对问题的选择依照的是我们现在可以获得的数据和资料。如果有新的资料，我们可以通过验证，整合到我们的数据库中，成为我们选择的新依据。

问：我们知道技术路线图选择参数做依据。这些参数是如何选出来的？确定哪几个参数作为依据是怎么定出来的？

答：我们有专门的团队进行考量，对超出摩尔定律的部分，工艺性能的参数必须经过每一个参与方的认可，从而确保参数的正确性。我们从1992年开始涉足半导体行业，已经有16年历史。在这个过程中，半导体行业已经发展得越来越成熟，所以，我们可以找到经过各方认可的主要参数。在参数上达成共识，也是我们做下一步工作的前提条件。

问：国际半导体技术路线图组织如何选择团队，决策过程如何完成？

答：第一，国际半导体技术路线图组织是自发性的组织，并没有执行力。第二，如果在技术路线图中存在分歧的话，我们肯定会进行辩论。我们总是要找到客观的数据和资料来解决这些矛盾。如果当前还没有数据或资料，我们就等到有数据和资料的时候。数据对我们来说很重要。我们通过客观的数据来解决问题。我们这个组织的成员是来自各个国家和地区的代表，他们都有发言权，这有助于我们客观地解决问题。

More than Moores更受关注半导体业创新不会停滞

问：半导体技术一直遵循摩尔定律，但是跟随摩尔定律的脚步需要大量的投资。现在，半导体技术要上一个新台阶，需要的投资要达到几十亿美元。你认为技术的多样化对于半导体产业发展有什么影响？

答：的确，当前投资建设一条45纳米或者32纳米的生产线需要数十亿美元的投资，这对于任何一家企业或组织来说都是一个挑战。很少有组织和机构能支付得起如此庞大的投资。因为成本的原因，很多人选择了多样化的途径。正如我们所看到的，很多企业在追求技术的多样化。例如，模拟器件工艺就是一个方向。对模拟器件的生产而言，其先进工艺水平通常比数字芯片落后两代，老一点的技术肯定比新技术便宜，其投资相应也会减少很多。但是，天下没有免费的午餐，模拟领域也必须应对系统集成过程中的很多问题。事实上，在任何一个领域，如果想在演进中脱颖而出，都必须面对不同的挑战，战胜不同的困难。同样，在这一过程中，在任何一个领域，都有赢家和输家。

问：我们看到“MorethanMoore’s”是在2005年的技术路线图中提出的。在2007年的技术路线图中，认为“MorethanMoore’s”技术在应用中的比重会越来越大。如何理解比重越来越大的概念？

答：我们很难从产能上计算“MorethanMoore’s”技术的比重，但我们看到，的确有越来越多采用多重技术的产品，也有相关的技术策略或战略被制定出来，或者被整合到现有公司的技术中去。由于成本和应用的原因，“MorethanMoore’s”技术会变得越来越普遍。人们对于 “MorethanMoore’s”技术的认知程度和关注程度会越来越高。这是显而易见的事情。

问：在半导体工艺进入90纳米节点以前，技术路线图中所介绍的内容都是比较明确的，但在90纳米之后，由于工艺技术越来越复杂，技术路线的内容也出现了分化。现在的路线图谈的内容是截止到2020年之前的。请问ITRS组织如何应对这种挑战？技术路线图会不会停滞下来？另外，从今后的发展来看，成本是否会成为左右行业发展的主要驱动力？

答：国际半导体技术路线图在制定的过程中确实遇到了一些挑战，我们也试图把目光放得更长远一些。例如，我们增加了新型元器件的章节。但对于新型元器件具体的发展状况，我们没有做出完美的预测。这并不意味着2020年以后，我们的路线图就要停掉了。对于一些基础性的问题，如果从较长远的角度来考虑的话，我们会采取替代的方案。目前我们坚持制定半导体产业未来15年的发展路线，但在这个过程中也会有一些变化。

随着器件特征尺寸的缩小，工艺技术日益复杂化。在这个过程中，产业中出现了多样化的工艺技术。而且，在遵循摩尔定律的技术发展过程中，在设备和应用方面也出现了分化。其实，各种新的解决方案都是为了实现某种功能，这种功能是具有普遍意义的。因此，我们路线图的关注点是各种器件的功能，而不是具体的解决方案。当然，器件功能的需求也在不断改变，我们会持续关注这种变化。

发展中国家的半导体产业以成本作为推动力，在今后10年赶上发达国家并转变为领先的国家，这种可能性是存在的。但是，如果技术进步被完全商品化，无法再取得新的突破，技术就停滞了，半导体行业不会如此。半导体行业是一个充满了活力和创造力的行业，如果某一条路走不通的话，业界人士会选择走另外一条路去持续创新。