半導體變革之四大技術(上)：材料世界網

隨著技術逐漸逼近極限，半導體的微細化速度開始大幅偏離摩爾定律。今後為了讓半導體技術持續進化，勢必將引進革新技術。這個時代過後的半導體將變得與過去迥然不同。在變遷過程中，除了新出現的商機以外，也為現今的半導體產業帶來反敗為勝的機會。

Intel公司的停滯不前

過去曾有數個案例暗示著摩爾定律已開始失去速度，甚至是走入尾聲，奉行該定律近四十年的美國Intel公司終於無法掩飾眼前的困境。根據摩爾定律，每隔 1.5～2年，集積度便會成長二倍，但該公司的半導體微細化技術的世代交替速度卻大幅下滑：從 45nm世代轉移到 32nm，花了約 2年3個月；從 22nm世代轉移到 14nm世代，也花了約 2年半(圖一)。在 2014年底前，10nm世代技術開發據稱比 14nm世代更加順遂。然而，原本預計出貨日為2016年初，開始一直延期，一直到 2015年夏天，Intel公司放棄自 2006年持續推出的「Tick-Tock Model」，並以預計在2016年後半年推出14nm世代第三代製品取代10nm世代。海外報導指出「Tick-Tock陷入了停擺」。以現階段來看，Intel公司的10nm世代製品將會延至2017年後半年。不斷延期的舉動，甚至有報導指出「10nm世代有可能會無限期延期」。

圖一、表示奉行摩爾定律的Intel開始產生異變

難以維持比例法則

當然，微細化本身並未就此停擺。韓國 Samsung Electronics公司執行長 Kinam Kim 於半導體電路技術國際學會「2015 IEEE International Solid-State Circuits Conference(ISS-CC)」上進行政策演講時表示：「5nm世代在根本的技術上並不困難，3.2nm世代也可望實現」，微細化將持續至 2020年上半年。美國 IBM 公司也在 2015年7月利用 7nm世代之後所需的光刻技術「EUV」，以 7nm世代的 SiGe FinFET 製造出 300mm的晶圓。然而，該公司表示仍處在研究開發階段。EUV 的 X射線光源輸出僅達到目標的數分之一，以現有的光刻技術無法達到相同水準的量產。

另一方面，ArF 光刻目前的救星--多重曝光在10nm世代之後光罩數量大幅增加，因而連帶降低了微細化的優點。在過去，摩爾定律的魅力在於透過比例法則達到微細化，同時實現(1)電晶體性能的單價下降；(2)集積度的提昇；(3)低耗電量化(4)；高速動作化。然而，今後即使微細化仍無法降低(1)的成本，加上短通道效應( Short Channel Effect )的增大，與切換特性的劣化不斷加速，導致難以達成(3)低耗電量與(4)高速動作化(圖二)。以現實層面來說，因應用途去鎖定性能的技術戰略與市場戰略更顯重要。例如，微細化帶來的集積度與動作性能的提升，即使成本增加，仍在容許範圍內；或者，忽略集積度與動作性能，實現低耗電量-----以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。