摩尔定律在14nm节点上迎来大挑战

2012年度国际电子元件大会(iedm)于美国时间12月10日在旧金山登场,与会专家表示,半导体制程迈向 14奈米节点时,可能无法达到通常每跨一个世代、晶片性能可提升30%的水准,甚至只有一半;但仍会增加大量成本,主要是因为新制程节点缺乏所需的有效微影技术。
欧洲研究机构 imec 执行长luc van den hove在iedm发表专题演说后对eetimes美国版编辑表示,晶片制造商目前已经进入28奈米制程节点,距离14奈米节点虽还有两个世代,但现在必须决定微影技术选项;不过具潜力的超紫外光(euv)微影工具,可能要到2014年才能做有限度的商业用途。
van den hove在专题演说中指出,14奈米制程若采用现有的193奈米浸润式微影设备,所需成本将比28奈米制程多90%以上;euv技术则能将成本增加幅度减至60%左右。成本增加主要是因为若在14奈米节点采用现有微影系统,最多得要三次曝光;但采用euv技术,只需要一次曝光。
14奈米制程与28奈米、20奈米的成本比较
imec 微影技术专家kurt ronse表示:「三重图形(patterning)实在是太复杂,因此得放宽设计规则,但如此一来晶片就达不到良率。」因此他指出,14奈米晶片的性能可能只会比上一世代提升15~20%,而不是传统每跨一个世代提高30%的水准。
「看来在14奈米制程节点,有部分设计规则必须做某种程度的放宽;」van den hove在专题演说中表示:「我认为此时此刻得决定14奈米节点微影技术选择是最基本的,但euv显然还无法因应该制程节点挑战。」
「要解决(euv)问题还得花费很大工夫;」van den hove补充指出:「不过我们相信问题并不在于其理论基础,而是需要时间来处理的工程性问题。」
今年稍早,一位英特尔(intel)高层表示,该公司认为能以经济的方法运用四重图形(quad patterning),在不需euv技术的情况下前进至10奈米制程节点。而英特尔的晶片制造成本向来被认为比其他厂商来得高,不过该公司的处理器晶片售价也相对较高。
包括英特尔、三星(samsung)与台积电(tsmc)在今年分别对半导体设备业者asml注资数十亿美元,因为asml是最有力的euv系统供应商;asml在今年还收购了一家微影设备光源供应商cymer,后者可提供euv所需的更有效光源。
ronse指出,使用目前的光源设备,euv系统的制图速度一小时不到20片晶圆;而晶片供应商需要的微影系统,是能达到每小时100片以上晶圆的制图速度。imec到目前为止已经协助半导体业者进行过数千片的euv晶圆测试。
imec的euv系统产出量测试结果
而imec的研究人员也表示,晶片制造商若要延续摩尔定律(moore‘s law)的生命,可能得采用新的材料或是元件型态。
新材料是延续摩尔定律的关键

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