中国工程院院士吴汉明：摩尔定律预计将走到2025年

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。

吴汉明指出，我国集成电脑产业发展注定艰难，尤其是芯片制造工艺，挑战极为严峻。产业发展除了需要巨大资金投入和人才缺口以外，还面临着战略性壁垒和产业性壁垒。前者主要是巴统和瓦森纳协议对中国半导体产业的限制，后者主要是世界半导体领域的龙头企业早期布置的知识产权，对中国半导体这样的后来者形成专利护城河。

今天，摩尔定律仍然在支撑着 5G、人工智能等新技术的发展，但是其中的关键技术遇到了材料、器件物理性能局限、光刻等瓶颈。工艺面临的三大挑战包括，制造基础的光刻技术、核心的新材料和新工艺以及良率提升这个终极挑战。

以光刻技术为例，193nm 光刻支撑了过去时代工艺的发展，进入 7nm 以后，EUV 光刻开始成为关键，但它目前仍面临光源、光刻胶和掩膜版等方面的难题需要解决。比如掩膜版，过去掩膜的整体产率约 94.8%，但 EUV 仅 64.3%左右，而且比复杂光学掩膜还贵 3 到 8 倍。

尽管业界已经在研究纳米压印、X 光光刻、电子束直写等先进光刻技术，但是距离投入使用，吴汉明估计还要 3 年以上。

“随着工艺节点演进，摩尔定律越来越难以持续，预计将走到 2025 年。”吴汉明预测，“在这些挑战下，新材料、新工艺将是未来成套工艺研发的主旋律。”

吴汉明表示，从 22nm 开始可以就被视为后摩尔时代，基础研究将支撑后摩尔持续发展，可以划分以下为四类技术方向。逻辑器件技术发展则呈现出三个趋势：

　　
一是结构方面。目标是增加栅控能力，以实现更低的漏电流，降低器件功能功耗。实现手段包括由平面结构转为立体，三维晶体管技术（如 FinFET 等）成为主流器件技术；

二是材料方面。目标是增加沟通的迁移率，以实现更高的导通电流和性能。实现手段包括沟道构建材料由硅变为非硅并成为主流，如 Ge、三五族高迁移率沟通材料、GeSi 源 / 漏应变材料等；

三是集成方面。类似平面 Nand 转向 3D NAND 闪存，未来的逻辑器件也会从二维集成技术走向三维堆栈工艺。
　　

此外，后摩尔时代将呈现出市场碎片化的特点，中小企业商机大，创新空间巨大。“在 20 纳米以下节点，先进产能仅占 12%，20 纳米以上节点还有巨大的市场和空间可以创新。”

但是需要重视的是，从各国研发经费分配来看，我国与世界先进国家的差距仍然很大，尤其在基础研究领域，大部分研发停留在试验阶段，难以产生革命性的创新。

吴汉明强调，当前还有很多核心领域的国产芯片占有率均为 0，国产替代趋势下将迎来历史性机遇。与此同时，产业链各环节全球化不可逆转，国产化将得到广泛认可。

吴汉明表示，目前 20 纳米以上的技术节点占据了市场上 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 nm 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。