未来5年芯片技术探讨

电子网消息（编译/丹阳）近日半导体行业相关人士坐下来探讨了关于未来5年芯片技术的发展前景，格局变化，新技术材料引进以及规划。参加本次交流会的有：Lam Research首席技术官Rick Gottscho，GlobalFoundries先进模块工程副总裁Mark Dougherty，KLA-Tencor的技术院士David Shortt，ASML计算光刻产品副总裁Gary Zhang，Nova Measuring Instruments的CTO Shay Wolfling。

图片从左至右: Shay Wolfling, Rick Gottscho, Mark Dougherty, Gary Zhang, David Shortt.

主持人:展望10 / 7nm之后，会进入到5nm或3nm吗？这会比我们预期的更困难吗？ 它可能实现吗？

Dougherty:虽然如何达到还没有找到更为合适的方法，但我们相信可以达到。不过，预计达到这样的目标不会是直线进行，但也不会是双曲线或指数线。

Gottscho:我同意。路径到5nm是显而易见的。FinFETs将扩展到至少5nm，也可能会延伸到3nm。之后会有其他的解决方案，会有新的材料，也会有更多挑战。我们知道制作5nm设计规则下的150纳米高的鳍片。但是制造是一回事，如何防止他们倒塌是另一回事。挑战很多，但我们仍然坚定。

Shortt:大约30年前，我读到一篇文章，清楚地解释了为什么我们不可能使用成像技术来制造比光波长更小的器件。我们都知道这是怎么一回事，但每个人对光刻的赌注都是错了，现在看起来，我们是可以做到的。看起来好像做不了几代工艺，但最后我们总是能够实现。 作为一个检测人员，我很惊讶这些器件是可以制造的。 借助3D NAND，我们可以制造出这些令人惊叹的产品。

Zhang:我们从供应链侧的客户那里得知，缩微还没有结束。在光刻技术方面，我们在EUV方面进行了作出了很多努力来使新工艺节点得以实现，而在路线图上，high-NA是一个扩展。所以在印刷和图形方面，我们确实有解决方案。在如何管理复杂性和成本方面，我们面临着更大的挑战。但是我们会做到的。

Wolfling:我同意，但是问题处理并不简单，因为它多方面都是可行的。有延长晶体管的空间，或也可能是纳米薄片。但交叉点在哪里?是在3nm还是2nm ?在某种程度上，有行业跨度。有可能发生在EUV，也有可能发生在finFETs。问题是它将在哪里发生。

主持人: 不过，我们有一些重大问题需要解决。有互连，RC延迟，还有很多问题没有人能够解决。比如在逻辑器件的制造和测量方面，有什么新的看法？

Dougherty:我看到的挑战实际上是选项的数量，用于规模化生产的技术在增加。回顾过去几代工艺，你或多或少知道你将要使用的材料和基本结构。现在，当您展望7nm甚至更远的时候，我们的供应商路线图表明它可能是这10项技术中的任何一个。 答案是他们的一些组合，但是在高级节点上筛选这些不同的选项需要做更多的工作，它可能不是一个单一的解决方案。对于这个行业中最长的时间来说，每个人在同一个解决方案的最后时刻都是一致的。有可能会有一些分歧，如后道金属工艺。

Zhang: 问题不是你会撞到墙上，而是你有很多道路。 问题是我们如何探索所有这些。 一开始他们可能是有希望的，但很难说哪一个是成本效益好的，哪一个是可以生产的。 这是所需投资的一部分 - 调查不同的材料和不同的方向。 我不认为问题在于我们正面临困境。

主持人:我们面临着很多选择，对吗？

Gottscho:是的。

Zhang:我们之前讨论过的测量一埃以下尺寸的问题，现在我们可以用3D来做。所以，计量方面，我们有可用的解决方案。我们是否有办法解决所有我们想要衡量的问题，这仍然是个问题。

Shortt: 我多年来所看到的是，从概念到实际出货，端到端的周期时间越来越长。所以我们需要更早开始。我们有好几代工艺在交叉发展，在任何时候都有好几代工艺在发展。我们有很多好主意，但我们必须早点开始考虑它们，并做技术风险削减来找出哪些是可行的，哪些是不可行的，然后继续下去。因此，对我们来说，全面的端到端成本越来越高。但是有了适当的管理，你在开始的时候就会降低技术风险，迅速抛弃那些不可行的想法，然后保留那些有用的想法。

主持人: 另一个涉及到所有这些的逻辑是3D NAND。我们已经扩展到了48层。会不断扩大，还是有极限？

Gottscho:预计它会持续上升一段时间。我对未来非常乐观，因为目前我们看到了256层的方法，但我认为从事半导体行业的人员还需要谨慎，要想达到128层这已经是非常具有挑战性的。掩膜方面的压力是一个大问题，如果硅片看起来像薯片就不合适了。还有一个大问题是蚀刻记忆孔。这是我在蚀刻领域的35年里所见过的最具挑战性的，是氧化物和氮化物的交替层，或氧化物和聚合物，深宽比接近100:1。但说到这一点，我们已经有了解决方案路线，我们正在同时研究三代技术。它将在未来10年实现规模化生产。

Shortt: 您是否看到3D NAND的未来在一步之内完成100层的蚀刻？

Gottscho:这个比较难说。我们的策略是将蚀刻技术推向最大的深宽比，因为我们相信在我们的客户中，做尽可能多符合客户利益的事情是有利的。

Wolfling: 一旦你开始堆叠，如果你有3到4代，并且把他们堆叠在一起，这是不划算的。你越能推动蚀刻，你就会为这个方向花更多的时间。

主持人: 冯·诺依曼架构的另一个关键部分是DRAM。我们是否可以更进一步，将1x技术应用到1y，或者我们需要转向其他技术，比如相变存储器或STT-RAM？

Zhang: 我们的客户沿着1x,1y,1z的路径前进，试图挤出另一个纳米。在过去的几年里，这种情况一直存在，而且这种情况将会持续下去。至于我们将会走多远，无从知晓，只是我们目前还没有看到另一个可取代DRAM的设备。我们确实看到了XPoint作为另一种可行的内存解决方案，可以插入到当前的内存架构中。

Dougherty: 但是你认为有别的选择是时间问题吗?尽管我们不知道交集点是什么，但在所有这些不同的存储技术中肯定有很多工作要做。

Zhang: 这就是为什么人们要研究XPoint和其他存储技术，看看他们能从成本、性能和续航性的角度来推动这一点。但是如何匹配DRAM，还有待观察。

Shortt: 我们看到了KLA-Tenco的预测，3D NAND将会在更早的时候被使用，但是3D NAND能够推动这一代或两代人超出许多人的预期。这延迟了3D的开始。同样的事情也会发生在DRAM上。他们会尽可能地推动它。

Gottscho: 我看到DRAM和2D / 3D NAND动态之间的区别，因为3D NAND在2D NAND耗尽之前已经准备就绪。 目前看起来好像还没有DRAM的替代品。 无论是STT-RAM还是相变存储器或电阻式RAM，它们都不能与DRAM的速度或续航能力相匹配。 必要性是发明之母，我们在1x之后至少再看到两代产品，我们听到关于1a。 DRAM仍然有它的生命，但它变得越来越难。

MRAM可能会作为嵌入式逻辑内存元件来使用。 它看起来不像是高密度DRAM的可行替代品。

Shortt: 我们还没有看到对这些新结构进行量测的大量需求。我们见过一些，但不多。