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全球半导体技术发展新路线图发布进入“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，这些技术的发展支持了过去10年半导体产业的发展，并将持续支持未来半导体产业的发展。 本文关键字： 半导体 全球半导体技术长期挑战 2021~2028年，面临非典型互补金属氧化物半导体通道材料等方面的挑战。 1.非典型互补金属氧化物半导体通道材料的实现 为了给高度微缩的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)提供足够的驱动电流，具备增强热速度和在源端注入的准弹道操作似乎是必要的。因此，高速传输通道材料，如Ⅲ-Ⅴ族化合物或硅基质上的锗元素窄通道，甚至半导体纳米线、碳纳米管、石墨烯或其他材料都将有待开发。 非典型互补金属氧化物半导体(CMOS)器件需要在物理上或功能上集成在一个CMOS平台上。这种集成要求外来半导体在硅基底上外延生长，这极富有挑战性。理想的材料或器件性能必须在通过高温和腐蚀性化学加工后仍能维持。在技术开发的早期，可靠性问题就应被确立并解决。 2.新存储结构的实现 线材致密、快速和低工作电压的非易失性存储器(NVM)将变得非常理想，最终密度的提升可能需要三维体系结构，如在可接受的生产率和性能条件下，对单片集成电路进行垂直堆叠单元排列。对动态随机储存器(DRAM)的微缩难度预计将增大，尤其是要求缩减电介质等效氧化物厚度(EOT)和实现非常低的漏损电流和能耗。所有的非易失性存储器(NVM)现存形式面临基于材料特性的限制，成功与否将取决于能否寻找和开发替代材料或者开发替代的新技术。 3.从典型规格通过非常规方法向等效微缩和功能多样性转变 线材边缘粗糙度、槽深和剖面、侧壁粗糙度、蚀刻偏差、清洗引起的变薄、化学机械抛光(CMP)作用、多孔低电介质与侧壁孔洞的交叉、势垒粗糙度、铜表面粗糙度等都会对铜线中的电子散射产生不利影响，导致电阻率增加。结合新材料的多层堆叠、特征尺寸减小和模式相关工艺、替代存储器件的使用、光学和射频互连等仍将迎来挑战。蚀刻、清洗、装填高纵横比的结构，尤其是低介电金属双镶嵌结构和纳米级尺寸的动态随机存取存储器等方面也将存在巨大的挑战。 用来制造新结构的材料和工艺融合形成了集成的复杂性，堆叠层数的提高加剧了形变场效应，新颖或有效器件可以被重组到互连线路中。三维芯片堆叠可提供更好的功能多样性以绕过传统的互连构架的缺陷。符合成本目标的、工程可制造的解决方案是一个关键的挑战。 4.深紫外光刻技术 由于深紫外光刻(EUVL)仍然是22纳米和16纳米半间距的最佳方案，将其扩展到更高的分辨率将成为一个重要的长期挑战。就当前所知，电流波长为大于等于0.5的数值孔径(NA)设计，将需要一个八镜面无遮拦或六镜面中心遮拦的设计。 八镜面设计将会有更多的反射损失，因为增加的镜面需要更高能的电源以达到同等晶圆的通量。在六镜面设计中镜面夹角较小，因而需要一个更小的字段尺寸和可能更长的轨道长度。数值孔径的增加，将对两种设计带来焦点深度的巨大挑战。此外，为了克服掩模上的阴影和其他三维效应，吸收体材料、吸收体厚度以及多层堆叠必须进行优化。 另一种解决途径是将深紫外光刻的波长降低到6纳米的水平。在短期内，这种途径将从能源可用性到掩模的基础结构和光刻胶性能方面继承深紫外光刻当前所有的挑战。多模式的深紫外光刻也将是一种选择，这将带来更大的工艺难度和拥有者的使用成本。 相关链接 全球半导体产业生态环境 半导体产业诞生于20世纪70年代，当时主要受两大因素驱动：一是为计算机行业提供更符合成本效益的存储器；二是为满足企业开发具备特定功能的新产品而快速生产的专用集成电路。 到了80年代，系统规范牢牢地掌握在系统集成商手中。每3年更新一次的半导体技术先应用于存储器件，并随即被逻辑器件制造商采用。 在20世纪90年代，逻辑器件集成电路制造商加速引进新技术，以每两年一代的速度更新，紧跟在内存厂商之后。技术进步和产品性能增强之间不寻常的强相关性，使得相当一部分系统性能和利润的控制权转至集成电路(IC)制造商手中。他们利用这种力量的新平衡，使整个半导体行业的收入在此期间年均增速达到17%。 21世纪的前10年，半导体行业全新的生态环境已经形成： 一是每两年更新一代的半导体技术，导致集成电路和数以百万计的晶体管得以高效率、低成本地生产，从而在一个芯片上或同一封装中，可以以较低的成本整合极为复杂的系统。此外，封装技术的进步使得我们可以在同一封装中放置多个芯片。这类器件被定义为系统级芯片(SOC)和系统级封装(SIP)。 二是集成电路晶圆代工商能够重新以非常有吸引力的成本提供“新一代专用集成电路”，这催生出一个非常有利可图的行业——集成电路设计。 三是集成电路高端设备的进步带动了相邻技术领域的发展，大大降低了平板显示器、微机电系统传感器、无线电设备和无源器件等设备的成本。在此条件下，系统集成商再次控制了系统设计和产品集成。 四是互联网应用和移动智能终端的崛起，带动了光纤电缆的广泛部署和多种无线技术的发展，实现了前所未有的全球移动互联。这个生态系统创造了“物联网”这一新兴的市场，而创新的产品制造商、电信公司、数据和信息分销商以及内容提供商正在争夺该市场的主导权。 半导体是上述所有应用的基石，所有的创新都离不开半导体产业的支持。 责编：李玉琴  微信扫一扫实时了解行业动态 著作权声明：kaiyun体育官方人口
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