（4）半导体产业的十年巨变

2012 年 11 月 30 日7050

（4）半导体产业的十年巨变

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（4）半导体产业的十年巨变

作者：佚名文章来源：维库电子市场网点击数：更新时间：2012-11-27

目前手机市场十分火红，前景看好，但是手机也是一种大宗的民用产品。如今PC产业现在己经沦落为一个成熟的产业，利润非常低，因此业界担心未来手机业的前景，会否成为另一个PC。
　　近来英特尔扬言fabless己到终点，可能出于自身的利益，有一定的偏见。问题源自高通、Xilinx、Altera等fabless因为台积电的产能不足而拿不到28nm产品，其实这是十分正常的。因为台积电的28nm产能扩充需要时间，更主要台积电也不能冒风险迅速扩大产能，这是IDM与代工在本质上的不同。因此业界传闻为了共同的利益，未来很可能由fabless与代工合资建厂，然后再分配产能。这样的模式在英特尔与美光的合资NAND厂IMFlash中己经有过。
　　高通的业绩正节节上升，有望它的销售额达到150亿美元。
　　六、感谢英特尔两次革命性的技术突破
　　摩尔定律激励半导体业进步，它要求每两年按尺寸等比缩小70％，前进一个台阶，至2011年时己达22纳米，发现路线图一步也没有偏离，要感谢英特尔为产业立下汗马功劳。
　　按ITRS路线图，2005年已进入65纳米工艺节点，此时二氧化硅的沟道厚度只有2纳米，相当于5个硅原子厚度，随时可能因缺陷等因素发生漏电流大量上升，而导致器件失效。英特尔于2007年及时的开发出高k金属栅工艺，相当于把沟道的等值厚度提高。
　　摩尔称这项创新是“20世纪60年代多晶硅栅极MOS晶体管出现以来，晶体管技术的最大变化”。甚至《时代》杂志认为，英特尔Penryn微处理器是2007年最佳发明之一。把定律至少又延伸十年。
　　另一次是2011年的22纳米节点3D晶体管结构。据北京《华尔街日报》报道，它公布的2011年美国“科技创新奖”，英特尔的3-D三栅极晶体管设计获得半导体类别创新大奖。英特尔的3-D三栅极晶体管结构代表着从2-D平面晶体管结构的根本性转变。这项革命性成果，其关键在于英特尔能够把全新的3-D三栅极晶体管投入批量生产，开启了摩尔定律的又一个新时代。与之前的32纳米2D平面晶体管相比，22纳米3-D三栅极晶体管在低电压下将性能提高了37%，而全新的晶体管结构只需消耗不到一半的电量。
　　近期英特尔中国的杨叙说，正在等待新一代22nm，3D晶体管工艺的处理器IvyBridge的大批量量产。然而他坦承，这一次全新的革命性的工艺在量产时遇到了比他们想象的还要难的挑战。“你很难想象，生产芯片的原材料在空气中存放的时间也会影响到工艺的良率，不仅是控制温度与湿度的问题。
七、尺寸缩小可能走到尽头，14纳米是拐点
　　目前做芯片的制造商都面临要作困难的决定。跟踪先进制程？还是”不”？事实上今天看到的凡是最先进的工艺节点，都由英特尔首先突破，此后才有10%的AASP芯片设计跟随它。10%不是一个随便的数字，而是表示10%的产品要实现量产，满足市场需要。在130nm时许多制造商紧紧追赶，几乎谁都不愿落后。但是到90/65nm时发现ASSP产品己经有2年的滞后，很大程度上取决于代工的工艺能力。到32nm时发现与英特尔出该产品的时间己经有假证差距。因为代工的兴趣点（sweetspot），或者AASP及ASIC的兴趣点总在全球最先进的工艺制程之后，即消费电子产品市场，包括手机等的需求在开初时不会采用最先进的工艺制程，只有当市场需求的量上来后，才会考虑釆用最先进制程来获得更多的利益。
　　衡量尺寸缩小的效果用每个栅的平均成本来考量，到22纳米时可能出现逆转，而开始上升。由此业界开始质疑，尺寸还会继续缩小？看来摩尔定律接近终点时关键不一定在技术上能否实现，而是更主要从经济层面，考虑尺寸缩小所需要的投入，及它的回报率在哪里？
　　在半导体制造工艺中尽一切可能延伸光学的缩微方法寿命是十分重要，尽管无论EUV或者EB电子束，由于波长短十分诱人，但是要达到工业化量产水平，尚需时间。所谓“远水解决不了近渴”。因此目前193nm浸入式，加上两次（甚至4次）图形曝光技术及DFM技术等来实现缩微是现实的解决方案。据目前的实践，上述方法己经能实现22-20nm水平，但是能不能突破14nm，尚难预料，因此14nm可能是个拐点。
　　不过近期也有好的消息，据设备大厂应用材料公司在它的Q2财务会上透露，英特尔己准备为14nm设备下订单。
　　另外，近期英特尔、台积电等都声言半导体技术可达7nm、5nm，相信并非是忽悠，因为从EUV的波长14nm及BEUV的波长仅6.8nm，在实验室环境下实现7nm、5nm、是完全可能。但是其中有两个方面必须考虑，一个方面是由于光学光刻技术己走到尽头，必须要采用EUV或者EB电子束等下一代缩微技术，另一方面是这些方法从理论上都是可行的，然而实现工业化量产尚有诸多关键技术与配套材料需要解决。因此未来的技术都必须把成本考量及投资回报率放在首位，经济上的可行性更显关键。
　　八、硅片尺寸的过渡
　　汇总历史数据及预测来观察全球硅片尺寸的过渡趋势。由于未来全球半导体业仍有6-7％的年均增长率来推动工业成长。当假设450mm硅片在2017年开始依较快速率的增长，与300mm硅片的交*点可能在2023年附近。
　　从图中看到150mm硅片在1999年左右开始下降，200mm硅片在2009年左右开始下降，表明接近10年为一个硅片尺寸周期。按理2019年应该开始450mm与300mm交替，可能由于全球大环境与定律趋向终结等原因推迟了更替。另外OEM估计为什么全球200mm硅片至今仍非常稳定，有两个因素，一是那些己经全折旧完的fab能实现盈利。虽然有些产品的ASP持续下降，但是这些fab仍能支撑它。二是现在许多200mmfab开始转向LED，MEMS与功率器件生产。
　　另外，目前全球一半以上的fab产能超过10年以上，其中依200mm及300mm硅片fab为主。问题是如何支持这些老旧fab及设备能够满足日益增长的市场需求。