摩尔定律的指标性人物预言半导体晶体管将会持续微缩

作为摩尔定律的指标性人物，胡正明不仅是延续定律的“推手”、发明FinFET与FDSOI的科学家，同时也是前瞻行业未来的“预言者”。胡正明10日在中国国际半导体技术大会(CSTIC)上持“谨慎乐观”观点指出，半导体晶体管将会持续微缩，但接下来，摩尔定律将会变慢，IC产业仍将保持增长势头，但增长幅度也会放缓。

胡正明在10日CSTIC2018开幕式上，发表题为《Will Scaling End？What Then？》(晶体管微缩将走到极限? 而接下来呢? )演讲，指出未来半导体可能的技术发展与延续方向。CSTIC是目前中国最受瞩目的半导体技术研究发表大会，今年由SEMI、IMEC、IEEE-EDS共同组织举行。

晶体管微缩将走到天然极限

他首先将时光倒流到1999年，当时半导体行业内预测的是：晶体管的极限落在35奈米。但也就在同年，UC Berkeley同时提出两个突破性研究：一是45纳米FinFET晶体管，晶体管构造薄膜变得更薄；另一超薄构造(Ultra-thin body)也就是FDSOI。晶体管得益于薄膜变得更薄，让新的晶体管消除界面以下数纳米处的漏电。

然而未来限制晶体管持续微缩的因素还包含：1.根据国际半导体技术蓝图(ITRS)认为，硅的film/fin/wire最小到6纳米为极限；此外，2D半导体晶体天然厚度值是0.6纳米；再者，或者不再连接基板。他也点出，未来FinFET晶体管下一步可能走向高鳍(Tall Fin)或全包围栅极(Gate-all-around；GAA)。

由于2D半导体晶体的天然厚度极限就是0.6纳米，制程上遇到困难就是如何在12吋晶圆上均匀沉积生长材料，这是一很大的挑战。不过目前MoS2化学沉积SiO2之上已经可以实现整片晶圆加工。

降低功耗NCFET未来潜在技术

除了晶体管构造与材料，另一个关键就是如何降低IC功耗。他指出，互联网数据运算需要大量IC能耗与相应的散热需求，脸书高效能数据中心建于瑞典，正因北欧拥有天然地理冷却条件，从IC角度言，如何降低电压，降低连接带工作电压(Vdd)，突破下一阶段60mV/decade barrier限制？越来越多的研究正进行探索。

例如，下一代基于铁电铪氧化物的晶体管构造，也就是，负电容场效应晶体管（NCFET）可能是未来晶体管潜在技术。他以2015年FinFET和NCFET 30纳米对比研究显示，铁电铪氧化物形成薄膜，将栅极区隔成内、外两极进行一个不同电压下的表现对比。

IC产业不可替代性 摩尔定律将变慢

最后他指出，一方面原子尺寸是固定的，这是物理极限；另一方面，光刻和其他制程技术成本也愈来愈昂贵。这将使得晶体管微缩会变得越来越慢，但是即便没有晶体管的微缩，IC产业也会持续成长。

他说，基于人类社会对智能科技的渴求，IC行业依然持续增长，而且看不出任何行业能够取而代之；但是IC产业增长率可能愈来愈趋缓，自1995年以后不再享受高增长率，增长曲线反而愈来愈趋近于世界经济增长率(GWP)。

只不过持续推进IC产业往下走，需要通过更多创新科技来改进其成本、功耗与速度，他以身在高校科研机构导师的身份观察说，现在很多年轻世代往后数十年的努力，通过物理或化学研究很可能全然将他这一代研究给推翻掉，从而继续让摩尔定律向前走，并持续让半导体行业保持有利可图空间。