摩尔定律唯一规则：永远不要说不可能

　　摩尔定律在过去52年中一直是“更小，更快，更便宜”的代名词，但越来越多的人认为它只是诸多选择之一，芯片行业开始针对特定的市场需求进行调整。

　　这并没有使得摩尔定律失去意义。众多行业人士透露，从16/14nm冲击7nm的公司数量要多于直接冲击16/14nm finFET的公司。但是，这种迁移也需要考虑到：

　　· 当代工厂利用16/14nm finFET进行相同度量时，节点命名在20nm之后就变得无意义。因此，对于10nm或7nm并没有一致的定义。更有价值的数字是各个代工厂的性能和功率的比较。

　　· 即使摩尔定律最执着的支持者也正在从每两年一个节点逐渐减缓到每三、四年一个节点。 但业内人士表示，由于成本和复杂程度的上升，许多公司计划跳过节点，所以并不是在每个节点都投放生产芯片，而是计划开发测试芯片来保持现有的最新技术，而他们的量产芯片的迁移则会延迟长达八年之久。

　　· 像苹果和谷歌这样的大型系统公司正在开发芯片，他们的开发违背标准的度量，因为他们是特定于应用程序的。相比之下，大多数节点特定的度量都是基于ASIC(专用集成电路)而不是ASSP(在特殊应用中使用而设计的集成电路)。此外，这些统计数据一般不包括在半导体行业统计数据中，因为系统公司不分享这些数据。

　　因此，半导体行业真正遵循的摩尔定律不再是简单的计数练习。逻辑器件仍在缩小，但不是连续的或成比例的。而随着高级封装的进一步发展，封装可以任意组合，例如最新的几何工艺搭配上旧节点的IP制成的逻辑芯片。

　　西门子董事长兼首席执行官Wally Rhines表示：“在过去50年中，提高复杂性的最便宜和最简单的方法是缩小尺寸并增加晶圆直径。但现在，这不是最简单的方法了，而是需要进行一个权衡。我们要为需要的性能做最经济的事情。其中一些将使我们几乎永远都能继续拥有越来越小的芯片尺寸。但是，最经济的折衷可能是更好的系统工程，多芯片封装，以及各种技术的结合，以最节约成本的方式不断提升能力。”

　　这些变化集中体现了对于半导体设计和制造方面所取得进步的衡量基准的不同看法。ARM的首席执行官Simon Segars说：“从根本上讲，摩尔定律每年都会提供更强的性能和扩展功能。除了让晶体管和栅极小到原子级别尺度以外，还存在许多维度。数代器件只是在缩小尺寸，然后人们开始思考，‘如果我们在这里使用一些不同的材料和材料科学会如何?’这会带来巨大的进步。我们即将看到EUV的引入，这将为缩小晶体管和半导体制造技术注入新的生命。同时，人们正在寻找其他方法来进行计算，如量子计算。这依赖于一套完全不同的技术。然而，成功虽然可能需要10年时间，但是一旦成功便会产生大量新的并行性，这将是又一个影响几代人的摩尔定律。”

　　光刻

　　由于双重曝光成为关键金属层(即20nm处的金属1和金属2)的要求，大多数专家认为，器件缩小的主要限制因素是光刻。

　　幸运的是，芯片制造商已经能够扩展传统的光刻技术。使用各种多重曝光工艺，芯片制造商能够分开掩模和图案。这种方法可以将今天的193nm波长的光刻技术扩展到16nm/14nm，10nm甚至7nm。

　　但是在7nm或5nm处，图案复杂性和掩模计数正在成为浸入式和多重曝光的限制因素。28nm器件具有40至50个掩模层。相比之下，14nm/10nm器件具有60层，预计7nm可以跃升到80到85层。在5nm可以有100层。

　　为了简化7nm/5nm的工艺流程，芯片制造商一直在等待极紫外(EUV)光刻技术，这是一种13.5nm波长的技术。EUV预计为45nm，但遇到了一些仅仅在最近才刚刚解决的问题。随着光源的增强，产量持续上升，EUV似乎终于接近了商业化生产。

　　极紫外光刻技术是否接近大批量生产还有待观察。 ASML的EUV服务和产品营销副总裁Hans Meiling表示：“我们的工厂每小时生产100个晶圆，今年晚些时候将提高到每小时125个晶圆。”

　　同时，根据11个月平均数，正常运行时间已经提高到80%以上。Meiling表示是90%+，这与浸入式光刻相当。事实上，我们已经达到了这一点，但并不令人震惊。这个项目看起来就像科幻小说中的内容。

　　这里有一些工程技巧。首先是从小液滴中得到稳定的锡液滴。这些小液滴被激光击中。然后，激光再次发射，这次是主脉冲。主激光脉冲击中薄饼状锡液滴并使其蒸发，转而将它变成等离子体。等离子体发射13.5nm波长的EUV。

　　“每秒有5万个液滴，”Meiling说，“这是一个受控的过程。它们以每秒数百米的速度流进去。然后我们将CO?激光射入每个液滴。因此，CO?激光器的速率与液滴发生器相同。每个液滴都变成了薄饼。由于CO?的作用，它膨胀成为200-400微米的雾滴，而不再是固体。第一个脉冲使它成为了薄饼。”

　　图1：跟随反弹光。(来源：ASML)

　　更令人震惊的是，这是有效的。有越来越多的论文可以证明这一点。