中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明:20纳米以上节点我国有巨大创新空间

来源:《中国电子报》2020年10月16日

10月14日,由中国半导体行业协会、中国电子信息产业发展研究院主办的第三届全球IC企业家大会暨第十八届中国国际半导体博览会(IC China2020)在上海开幕。中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明发表了题为“集成电路产业发展的趋势”的开幕演讲。吴汉明表示,目前市场上20纳米以上的工艺节点占82%的产能,在这些工艺节点上,我国有巨大的创新空间和市场空间,因此国内企业需要加大对这些工艺节点的研发力度。

国内集成电路产业化推进还有差距

吴汉明表示,集成电路产业发展除了面临巨大资金和人才投入外,还有两个壁垒需要攻克,即战略性壁垒和产业性壁垒。应对措施包括:建立相对可控的产业链, 重点是三大环节——工艺、装备/材料、设计IP核/EDA;拥有专利库,掌握核心技术。吴汉明强调,研发一代新的技术,工艺成本大概需要10亿美元,还需要几千人开发三到四年时间,因此,集成电路产业的投入相当巨大。

吴汉明在演讲中表示,衡量集成电路产业的发达与否,产业化程度是重要的体现。目前,我国在集成电路产业化推进方面与世界先进国家相比差距较大。所以,业内人士一定要明确研究是手段,产业才是目的。他说,集成电路产业链很长,涉及的企业以及相关的研究部门非常多,主要包括装备、材料、设计三大部分。在这三部分中,目前国内短板中的短板是装备,而装备中最大的瓶颈是光刻机。

此外,我国在高端测量设备领域的发展也基本是空白。从材料的角度看,虽然国内产业在大硅片领域已有起色,但是还远远不能满足产业需求。因此,业内企业应关注这些短板,大力推进短板领域的发展。

应该加大基础研究投入

吴汉明在演讲中表示,摩尔定律面临三大瓶颈:材料、结构、光刻工艺。而这些瓶颈的突破都依赖于基础研究的成果。国内基础研究经费投入占比太少,只有5%左右,与集成电路产业先进国家和地区相比,差距非常大;国内85%的投入都投在试验方面,而试验无法带来革命性变化,因此,他表示,应该加大基础研究投入。

吴汉明同时分析了后摩尔时代芯片制造的主要挑战:基础挑战是图形工艺,包括光刻工艺和刻蚀工艺,它们使得集成电路关键尺寸发展到当今的水平;核心挑战是新材料新工艺,材料的变革将带来技术的向前演进;终极挑战是良率的提升。

在谈到后摩尔时代技术发展方向时,吴汉明表示,后摩尔时代的技术将呈四大发展模式:冯-硅模式,二进制基础的MOSFET和CMOS(平面)及泛CMOS(立体栅FinFET、纳米线环栅NWFET、碳纳米管CNTFET等技术);类硅模式,现行架构下NC FET(负电容)、TFET(隧穿)、相变FET、SET(单电子)等电荷变换的非CMOS技术;类脑模式,3D封装模拟神经元特性,存算一体等计算,具有并行性、低功耗的特点,是人工智能的主要途径;新兴模式,包括状态变换(信息强相关电子态/自旋取向)、新器件技术(自旋器件/量子)和新兴架构(量子计算/神经形态计算)。逻辑器件技术发展主要体现在三个方面:结构方面,增加栅控能力,以实现更低的漏电流,降低器件功耗;材料方面,增加沟道的迁移率,以实现更高的导通电流和性能;架构方面,平面NAND闪存向三维NAND闪存演进,未来的逻辑器件也会从二维集成技术走向三维堆栈工艺。

20纳米以上节点有巨大创新空间

吴汉明表示,目前20纳米以上的工艺节点占据了市场上82%的产能。尤其是成熟工艺,在这些工艺节点上我国有巨大的创新空间和市场空间,因此这些工艺节点是国内企业需要大力发展的。在这方面,去年国内的占有率达到30%,今年的数据会好于去年。

吴汉明认为,芯片产业是全球化的,从材料的提供,芯片的制造、封装,到最后的应用,每一个环节都不是孤立的。“材料主要在日本,制造和封装主要在中国台湾和中国大陆,因此,集成电路要脱离全球化发展是不可能的。”吴汉明说。

吴汉明强调,我国集成电路产业发展注定艰难,尤其是芯片制造工艺,面临的挑战极为严峻。为此,他提出五点建议:一是加强应用基础研究,鼓励原始创新,突出颠覆性技术创新。增加在新材料、新结构、新原理器件等基础问题上的研发投入。二是加强集成电路关键共性技术研发工作,聚焦围栅纳米线等新器件、极紫外光刻等新工艺研发,打通纳米级集成电路生产关键工艺,为制造企业提供支撑。三是从国家层面进行产业生态建设。系统、科学地规划和布局,遵循“一代设备、一代工艺、一代产品”的发展规律,加大材料、装备、关键工艺支持力度。四是积极推进微电子学科教育建设。坚持产教融合,针对集成电路制造技术多学科高度融合这一特点,加强集成电路人才培养。五是产业发展依循内循环结合外循环发展,坚持全球化发展。

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