15nm新晶体管结构摩尔定律的挑战与未知新时代

（作者：莫大康）

新材料和新晶体管结构有可能把摩尔定律延伸至1.5nm，因此IC制造商有非常大的可能性使芯片的制造工艺达到10nm，但是要进入7nm及以下将会面临许多挑战。最大的问题是至今没有达到核电标准的制定和修订仍需要大量的研究工作来完成。7nm，能不能达到5nm更是问题，至于 nm那是不可预知的。

产业路线图

IMEC的最新路线图是下一代晶体管结构在7nm时，会优先采用III V的finFET结构。

如果产业真的进入10nm以下，肯定不像以前那样仅是简单地缩小栅的长度。根据目前的情况，进入7nm时将采用新的晶体管结构、新的沟道及互连材料，同时也包括开发不同于现在应用的新设备及材料。

从技术角度来看，目前在研发阶段有可能进入7nm与5nm，但也面临着挑战。一个不可逾越的挑战是设计和制造芯片必须满足成本及功耗的要求，另一个挑战是如何选择正确的技术路线，因为路线图有许多不同的版本。实际上，在以前许多版本的路线图中，下一代晶体管的候选者在7nm时是高迁移率或者III V finFET。

现在有许多候选者都试图突破路线图，如IMEC的最新路线图是在7nm时会优先采用III V的finFET结构，即下一代晶体管结构会在7nm时提早出现，但也可能被推迟至5nm时。在7nm时有三种主流的晶体管结构候选者，即环栅FET、量子阱finFET及SOI finFET。按照IMEC的说法，环栅FET会优先，不过目前来讲谁会胜出为时太早。同样，锗或者III V族材料都应该是7nm时沟道的首选材料之一。

基于IMEC及IMEC合作伙伴路线图，产业有可能在2018年进入7nm时代。不必惊奇，他们都希望能解决芯片尺寸继续缩小的问题，或许这将真的是摩尔定律的终点。问题是不管未来7nm能否达到，或是会有一些推迟，整个产业的前进步伐己不可能再是每两年前进一个节点。

在10nm以下无论制造成本及设计费用都会大幅上升，全球只有少数几家制造商有能力继续跟踪，因此产业界必须互相加强合作。三星电子半导体研发中心副总裁ng说，在他的研发中心正同时开发三个节点，目标是1.5nm体现优质优价，如何能实现？这需要设备、材料及开拓创新，并且三星不可能自己单干。