解析半导体工艺节点的演进 寻找摩尔定律的曙光
芯片行业的摩尔定律
芯片行业的摩尔定律1. 摩尔定律简介1.1 定义与背景摩尔定律是由英特尔创始人戈顿·摩尔在1965年提出的一项规律，它预测了集成电路中晶体管数量在单位面积上的指数增长趋势。
摩尔定律对于芯片行业的发展起到了至关重要的作用，成为了该行业技术进步的基石。
1.2 摩尔定律的表述摩尔定律通常被表述为：每18-24个月，集成电路中能够容纳的晶体管数量翻倍，而价格保持不变。
换句话说，集成电路的性能将以指数级增长，而成本将保持稳定。
2. 摩尔定律的原理2.1 集成电路的发展摩尔定律的成立离不开集成电路的发展。
集成电路是一种将大量的电子元件（如晶体管、电阻、电容等）集成到一个硅片上的技术。
通过将这些元件集成在一起，我们可以实现更小、更快、更高效的电子设备。
2.2 科技进步的推动摩尔定律的实现得益于科技的进步，特别是集成电路制造工艺的改善。
随着时间的推移，制造工艺越来越先进，可以在更小的区域内容纳更多的晶体管。
这种技术进步使得摩尔定律得以持续发展。
3. 摩尔定律对芯片行业的影响3.1 提升性能摩尔定律的首要影响是推动了芯片性能的持续提升。
由于集成电路中的晶体管数量以指数级增长，处理器速度和存储器容量得到大幅提升，计算机的计算能力大幅提高。
这也为各种应用提供了更广阔的发展空间。
3.2 降低成本摩尔定律使得芯片的成本保持稳定，因为每个晶体管的价格在几乎相同的条件下不断下降。
这促使了电子设备的普及，使得更多的人能够负担得起计算机、智能手机等产品。
降低成本也推动了各行各业对芯片技术的应用。
3.3 创新推动摩尔定律的持续发展为创新提供了动力。
芯片行业的竞争激烈，为了跟上摩尔定律的步伐，各公司纷纷加大研发投入，不断推出性能更强、功耗更低的产品。
这种竞争推动了技术的创新，为用户提供了更好的产品体验。
4. 摩尔定律的挑战与未来4.1 功耗问题随着集成电路规模的不断扩大，功耗成为了摩尔定律面临的一个重要挑战。
尽管晶体管变得更小更快，但同样面积上的功耗也随之增加。
摩尔定律全靠它 CPU光刻技术分析与展望
CPU光刻技术分析与展望前言：光刻技术作为半导体工业的“领头羊”，在半个世纪的进化历程中为整个产业的发展提供了最为有力的技术支撑。
历经50年，集成电路已经从上世纪60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约10亿个器件。
在摩尔定律的指引下，半导体技术的集成度每3年提高4倍。
半导体光刻的工艺高低，决定了在单位圆晶片上能够集成晶体管的数目。
我们通常所说的90纳米45纳米是指在圆晶片上能够刻蚀的晶体管的最短沟道。
沟道越短则芯片的速度越快，时钟的上升沿就越短，进而提高集成芯片的系统时钟。
●光刻技术在半导体产业中的重要地位人类社会对于“刻”、“做标记”并不陌生。
作为文明的标志，远古的人们在洞穴中刻出了生命的图腾。
作为现代科学的象征，今天的人们在半导体晶片上刻出电路的结构。
远古的人们用的是木头，石头，今天人们更加聪明，需要刻在更加微小的尺度上，人们用的是电和光。
同样是一个刻，刻在半导体上就成了电路。
当然实际上没有理论分析地这么简单。
光刻只是在半导体上刻出晶体管器件的结构，以及晶体管之间连接的通路。
要真正地实现电路，则还需要搀杂，沉积，封装等系列芯片工艺手段。
但光刻是第一步，整个芯片工艺所能达到的最小尺寸是由光刻工艺决定的。
自从1947年第一个晶体管发明以来，科学技术一直在迅猛发展，为更高级、更强大、成本效益和能效更高的产品发明铺平了道路。
尽管进步巨大，但是晶体管发热和电流泄露问题始终是制造更小的晶体管、让摩尔定律持久发挥效力的关键障碍。
毫无疑问，过去40年一直用来制造晶体管的某些材料需要进行替代。
世界上第一个晶体管从第一个晶体管问世算起，半导体技术的发展已有多半个世纪了，现在它仍保持着强劲的发展态势，继续遵循Moore定律即芯片集成度18个月翻一番，每三年器件尺寸缩小0.7倍的速度发展。
大尺寸、细线宽、高精度、高效率、低成本的IC生产，正在对半导体设备带来前所未有的挑战。
集成电路在制造过程中经历了材料制备、掩膜、光刻、清洗、刻蚀、渗杂、化学机械抛光等多个工序，其中尤以光刻工艺最为关键，决定着制造工艺的先进程度。
关于半导体工艺节点演变，看这一篇就够了
关于半导体⼯艺节点演变，看这⼀篇就够了在摩尔定律的指导下，集成电路的制造⼯艺⼀直在往前演进。
得意与这⼏年智能⼿机的流⾏，⼤家对节点了解甚多。
例如40nm、28nm、20nm、16nm等等，但是你知道的这些节点的真正含义吗？你知道他们是怎么演进的吗？我们来看⼀下这个报道。
⾸先解析⼀下技术节点的意思是什么。
常听说的，诸如，台积电16nm⼯艺的Nvidia GPU、英特尔14nm⼯艺的i5，等等，这个长度的含义，具体的定义需要详细的给出晶体管的结构图才⾏，简单地说，在早期的时候，可以姑且认为是相当于晶体管的尺⼨。
为什么这个尺⼨重要呢？因为晶体管的作⽤，简单地说，是把电⼦从⼀端(S)，通过⼀段沟道，送到另⼀端(D)，这个过程完成了之后，信息的传递就完成了。
因为电⼦的速度是有限的，在现代晶体管中，⼀般都是以饱和速度运⾏的，所以需要的时间基本就由这个沟道的长度来决定。
越短，就越快。
这个沟道的长度，和前⾯说的晶体管的尺⼨，⼤体上可以认为是⼀致的。
但是⼆者有区别，沟道长度是⼀个晶体管物理的概念，⽽⽤于技术节点的那个尺⼨，是制造⼯艺的概念，⼆者相关，但是不相等。
在微⽶时代，⼀般这个技术节点的数字越⼩，晶体管的尺⼨也越⼩，沟道长度也就越⼩。
但是在22nm节点之后，晶体管的实际尺⼨，或者说沟道的实际长度，是长于这个数字的。
⽐⽅说，英特尔的14nm的晶体管，沟道长度其实是20nm 左右。
根据现在的了解，晶体管的缩⼩过程中涉及到三个问题，分别是：第⼀，为什么要把晶体管的尺⼨缩⼩？以及是按照怎样的⽐例缩⼩的？这个问题就是在问，缩⼩有什么好处？第⼆，为什么技术节点的数字不能等同于晶体管的实际尺⼨？或者说，在晶体管的实际尺⼨并没有按⽐例缩⼩的情况下，为什么要宣称是新⼀代的技术节点？这个问题就是在问，缩⼩有什么技术困难？第三，具体如何缩⼩？也就是，技术节点的发展历程是怎样的？在每⼀代都有怎样的技术进步？这也是题主所提的真正的问题。
半导体 摩尔定律
半导体摩尔定律
半导体摩尔定律是一种经验规律，它预测了集成电路芯片上的晶体管数量将每隔18-24个月翻一番，而成本将每隔18-24个月减半。
这个规律由英特尔公司创始人戈登·摩尔于1965年提出，至今已经过去了56年。
半导体摩尔定律的背后是半导体工艺的不断演进。
随着工艺的不断改进，半导体芯片上的晶体管数量不断增加，芯片体积不断缩小，功耗不断降低，性能不断提高。
这种趋势促进了信息技术的飞速发展，推动了计算机、通信、互联网等领域的进步。
然而，半导体摩尔定律也面临着挑战。
随着晶体管数量的增加，芯片制造变得越来越困难，成本也不断增加。
同时，芯片的功耗也在不断增加，热量问题也变得越来越严重。
这些问题促使人们寻找新的半导体技术，以应对未来的挑战。
总之，半导体摩尔定律是半导体工艺不断演进的产物，它推动了信息技术的发展，也成为了信息时代的标志。
虽然面临着挑战，但人们相信，在新技术的推动下，半导体摩尔定律仍将继续发挥其重要作用。
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摩尔定律的过去、现在和未来
摩尔定律的过去、现在和未来戴锦文;缪小勇【摘要】分析研究了半导体技术摩尔定律的过去、现在和未来,重点分析了摩尔定律的产生、发展以及在基础物理、光刻、制造成本及功耗等方面的困难和挑战.同时讨论了"超越摩尔定律"的发展方向、适应领域范围,以及摩尔定律在未来的可能实现方式.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2015(015)010【总页数】5页(P30-34)【关键词】摩尔定律;芯片尺寸极限;超越摩尔定律;beyond CMOS【作者】戴锦文;缪小勇【作者单位】南通富士通微电子股份有限公司,江苏南通226006;南通富士通微电子股份有限公司,江苏南通226006【正文语种】中文【中图分类】TN303摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登•摩尔（Gordon Moore）在搜集1959年至1965年集成电路上晶体管数量的数据基础上，于1965年4月提出的[1]。
其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每隔18～24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
最新的研究表明，“摩尔定律”的时代将会退出，因为研究和实验室的成本十分高昂，而有财力投资在创建和维护芯片工厂的企业很少。
芯片制程也越来越接近半导体的物理极限，将难以再缩小下去。
预计定律将持续到2017—2020年。
本文对摩尔定律的过去、现在进行了阐述，并进一步预测和分析了摩尔定律在未来可能发生的变化。
2.1 摩尔定律的产生1959年，美国著名半导体厂商仙童公司首先推出了平面型晶体管，紧接着于1961年又推出了平面型集成电路。
这种平面型制造工艺是在研磨光滑平整的硅片上，采用一种所谓“光刻”的技术来形成半导体电路的元器件，如二极管、三极管、电阻和电容等。
“光刻”的精度不断提高，元器件的密度也会相应提高，因而具有极大的发展潜力。
因此平面工艺被认为是“整个半导体的工业键”，也是摩尔定律问世的技术基础。
1961年4月25日，第一个集成电路专利被授予罗伯特•诺伊斯。
半导体中的摩尔定律
半导体中的摩尔定律嘿，各位朋友，今天咱们聊点啥？聊聊那个让人又爱又恨的摩尔定律。
这可是半导体行业里的一块“香饽饽”，你不懂它，就等于在半导体行业里当个“门外汉”。
话说这摩尔定律啊，是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出的。
他预测，半导体晶体管的数量每两年就会翻一番，性能也会提升一倍。
这个定律一提出来，就像是给半导体行业开了一扇“天堂之门”，大家都拼命地往里钻。
可是，你知道吗？这摩尔定律可是个“吃人的魔鬼”。
为什么这么说呢？那得从它的“副作用”说起。
这摩尔定律就像是个“嗜血怪物”，它让半导体制造商们疯狂地追求更高的晶体管密度，于是芯片制造工艺越来越精细，成本也越来越高。
你看，现在芯片制造商们为了让晶体管更小，都开始用7纳米、5纳米甚至更小的工艺了，可是成本却直线飙升，简直是“拿钱砸出来”。
而且，这摩尔定律还让制造商们忽视了芯片的性能和功耗。
为了追求更高的性能，他们不断地堆砌晶体管，导致芯片发热量越来越大。
你看，现在的笔记本、手机都成了“暖宝宝”，这可不是闹着玩的。
当然，这摩尔定律也不是全无好处。
它推动了半导体行业的飞速发展，让我们的生活越来越便捷。
从手机、电脑到各种智能设备，都离不开摩尔定律的“贡献”。
可是，这摩尔定律也让我们开始反思：在追求性能的同时，我们是不是应该更加关注功耗和成本呢？毕竟，一个不能让人接受的芯片，就算性能再高，也是白费。
那么，这摩尔定律还能走多远呢？有人说，它可能已经走到头了。
晶体管已经小到一定程度，再小下去就会遇到物理极限。
这可怎么办？哎，这半导体行业就像是一场没有终点的马拉松，我们只能一边跑，一边思考如何让这摩尔定律这匹“马”跑得更远。
总之，这摩尔定律啊，就像是个“双刃剑”，用得好，它能让你走向成功；用得不好，它也能让你跌入谷底。
咱们还是得谨慎对待啊。
解析半导体工艺节点的演进 寻找摩尔定律的曙光
解析半导体工艺节点的演进寻找摩尔定律的曙光01 摩尔定律下的工艺节点的形成1958年，美国德州仪器公司的工程师杰克·基尔比制成了世界上第一片集成电路，1962年，德州仪器公司建成世界上第一条商业化集成电路生产线。
此后，在市场需求的驱动下，集成电路发展成为一个庞大的产业，从小规模集成电路(SSI)到中规模集成电路(MSI)、再到大规模集成电路(LSI)，一直到现在的超大规模集成电路(VLSI)。
集成度被看作是描述集成电路工艺先进程度的一个重要指标，通常用晶体管数目来表示集成度高低，一个芯片里含有的晶体管数目越多，芯片的功能也就越强。
因此，集成电路的规模反映了集成电路的先进程度。
集成度的提高，不仅意味着单个晶体管的尺寸缩小了，同时也意味着采用了更加先进的制造工艺，因为晶体管尺寸与制造工艺之间有着密切的联系。
可以说，集成电路技术的发展过程，就是把晶体管尺寸做得越来越小的过程。
九十年代的大规模集成电路普遍采用的是微米级工艺，笔者在上世纪90年代初做设计时就是采用5微米和3微米标准单元库，这也是那个年代的主流工艺(晶圆尺寸是3英寸和4英寸)。
二十多年过去了，现在已经发展到纳米级工艺了，中芯国际去年实现量产的28纳米工艺，比起3微米工艺，尺寸缩小了100多倍。
这些工艺演进的背后，是更多金钱的投入。
因为更小的尺寸意味着对设计和制造设备以及芯片材料等都有更为苛刻的要求，为了克服技术门槛，芯片企业每年需要投入数亿、数十亿美元的研发经费，不知有多少世界一流的科学家和工程师都参与了这一耗资巨大的芯片微缩化工程。
那么5微米、3微米、以及90纳米、28纳米等等这些“节点”是怎样形成的呢?可以说这是描述摩尔定律进程的一个指标。
摩尔定律说，半导体芯片每一年半(后来改为两年)，其集成度翻一番，并伴随着性能的增长和成本的下降。
怎样描述这个集成度呢?这就有了工艺“节点”的说法。
即工艺节点数值越小，表征芯片的集成度就越高。
半导体行业摩尔定理和超越摩尔的关系
半导体行业摩尔定理和超越摩尔的关系下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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28nm 14nm 摩尔定律
28nm 14nm 摩尔定律28nm和14nm是摩尔定律在半导体工艺领域中的两个重要节点。
摩尔定律是由英特尔创始人戈登·摩尔在1965年提出的，它预测了集成电路中晶体管数量的指数增长。
根据摩尔定律，晶体管的数量每隔18-24个月会翻一番，而晶体管的尺寸则会减半。
这种指数增长的趋势使得计算机性能得以持续提升，为信息技术领域的发展奠定了基础。
28nm和14nm是摩尔定律在实际应用中的两个重要节点。
nm，即纳米米，是长度单位，表示十亿分之一米。
28nm和14nm分别指的是晶体管的尺寸，即晶体管的最小特征尺寸。
晶体管的尺寸越小，其性能越好，功耗越低。
因此，随着工艺的不断进步，晶体管尺寸的缩小对于半导体行业来说具有重要意义。
28nm是指晶体管的尺寸为28纳米。
相对于之前的工艺节点，28nm 工艺可以提供更高的晶体管密度和更低的功耗。
这使得芯片在性能和能耗方面都有了较大的提升。
28nm工艺的应用广泛，包括移动设备、计算机、通信设备等领域。
它为移动设备的性能提升和电池寿命延长做出了重要贡献。
14nm是指晶体管的尺寸为14纳米。
相对于28nm工艺，14nm工艺进一步缩小了晶体管的尺寸，提供了更高的晶体管密度和更低的功耗。
这使得芯片在相同尺寸下可以容纳更多的晶体管，从而提供更高的计算性能。
14nm工艺的应用领域包括高性能计算、人工智能、物联网等。
它为这些领域的发展提供了强大的支持。
28nm和14nm工艺的实现需要半导体制造商投入大量的研发和生产资源。
首先，研发团队需要设计新的工艺流程，以满足晶体管尺寸的要求。
然后，制造商需要投资建设先进的制造设备，并进行工艺的验证和调试。
这些都需要大量的资金和时间。
然而，随着摩尔定律的推进，晶体管尺寸的进一步缩小面临着巨大的挑战。
在14nm工艺之后，晶体管的尺寸越来越接近原子级别，制造工艺变得更加复杂。
因此，为了继续追求更小的晶体管尺寸，半导体行业需要不断创新，寻找新的制造工艺和材料。
摩尔定律面临的困境和解决方法
摩尔定律面临的困境和解决方法1. 摩尔定律的背景说到摩尔定律，大家可能会想起那个在半导体界响当当的名字。
简单来说，这条定律就是由英特尔的创始人戈登·摩尔提出的，意思是每隔大约两年，集成电路上的晶体管数量就会翻一番。
听起来是不是很牛？这就意味着电脑的性能也会随之提升，速度更快，功能更多，简直是科技界的“升级打怪”啊！但时间一长，这个“打怪”就开始遇到麻烦了。
2. 摩尔定律面临的困境2.1. 技术瓶颈首先，咱们得面对一个现实，科技并不是无止境的。
晶体管变得越来越小，小到接近原子级别，制造起来就像是在做一场精细的手术。
想象一下，科学家们在显微镜下忙得不可开交，想要把晶体管做得更小，就得投入更多的时间和金钱。
这不，技术瓶颈就出现了！当技术走到这个地步，成本自然也蹭蹭上涨，企业们也开始捉襟见肘。
2.2. 能源消耗其次，还有个让人头疼的问题就是能耗。
随着晶体管数量的增加，电力消耗也是越来越猛，简直就是个“电老虎”。
想象一下，家里插满了各种电器，电费单都快把你吓哭了。
对于那些追求环保的企业来说，过高的能耗简直是个无底洞，治理起来费时费力。
而且，全球变暖的压力越来越大，咱们可不能只顾着“打怪”，还得为地球出一份力。
3. 解决方法3.1. 新材料的探索不过，别急！虽然摩尔定律面临不少挑战，但聪明的科学家们总是能找到解决的办法。
比如说，咱们可以探索新材料，比如石墨烯、量子点等等。
这些新材料就像是科技界的“神奇宝贝”，具有更好的电导性和热导性，可以帮助制造出更高效的晶体管。
要是能把这些材料应用到实际中，摩尔定律可能还能继续“活”下去。
3.2. 异构计算另外，咱们还可以考虑异构计算。
这个听起来有点高大上的东西，其实就是把不同类型的处理器结合起来使用。
就像在厨房里，炒菜、蒸饭、烤蛋糕，分工明确，效率自然倍增。
把GPU、FPGA等各种处理器组合在一起，能大大提升计算能力，同时也能降低能耗。
大家都知道，分工合作才能事半功倍嘛！4. 未来展望总的来说，虽然摩尔定律现在面临不少困境，但科技从来就不是一条直线，而是一条曲折的山路。
摩尔定律是一条半导体物理定律
摩尔定律是一条半导体物理定律一、摩尔定律的内容。
摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出的。
其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18 - 24个月便会增加一倍。
这意味着芯片的性能（如处理速度、存储容量等）每隔1 - 2年左右就会提升一倍，同时成本会降低一半。
二、摩尔定律的依据和原理。
1. 技术进步的推动。
- 在半导体制造工艺方面，光刻技术不断发展。
光刻技术是将电路图案转移到硅片上的关键技术。
随着时间的推移，光刻设备的分辨率不断提高。
例如，从早期的紫外光刻到现在的极紫外光刻（EUV），能够制造出更小尺寸的晶体管。
- 材料科学的进步也为摩尔定律的实现提供了支持。
新型半导体材料的研发，如硅锗（SiGe）等化合物半导体的应用，有助于提高晶体管的性能并缩小其尺寸。
2. 经济利益的驱动。
- 半导体产业是一个高度竞争的产业。
企业为了在市场中获得竞争优势，不断投入研发来提高芯片的性能。
因为性能更高的芯片可以应用于更广泛的领域，如计算机、智能手机、数据中心等。
- 随着晶体管数量的增加和芯片性能的提升，单位成本会降低。
这是因为在大规模生产的情况下，虽然研发成本较高，但分摊到每个芯片上的成本会随着产量的增加而降低。
例如，当一个新的芯片制造工艺成熟后，大量生产会使每个芯片的制造成本大幅下降，从而提高企业的利润空间并促使企业继续推动技术进步以遵循摩尔定律。
三、摩尔定律的影响。
1. 对计算机技术的影响。
- 摩尔定律推动了计算机性能的飞速提升。
从早期的大型计算机到现在的个人电脑、笔记本电脑和智能手机等移动设备，计算机的处理能力、存储容量等都得到了极大的提高。
例如，个人电脑的CPU（中央处理器）性能在过去几十年间按照摩尔定律不断提升，使得复杂的图形处理、多任务处理等功能成为可能。
- 软件产业也受益于摩尔定律。
随着硬件性能的提升，软件开发者可以开发出更复杂、功能更强大的软件。
摩尔定律的研究与发展趋势
摩尔定律的研究与发展趋势摩尔定律，是计算机历史里一个非常重要的定律。
它是由英特尔公司的创始人戈登·摩尔在1965年提出的。
摩尔定律简单来说就是：每18个月，集成电路的晶体管数量会增加一倍，而价格则会降低一半。
这一观点由于成立时间长、内容深入、适应性良好，已经成为计算机工业的重要基础之一。
而且，摩尔定律也是信息技术发展的重要标志之一，因为当时公布这个定律的目的，其实是为了释放计算机行业发展的潜力，以及增加生产竞争力。
在摩尔定律提出之后，集成电路技术突飞猛进，各种芯片的出现极大地促进了人类社会信息化和数字化的发展，包括我们使用的各种电子设备，从智能手机到云计算中心，都因为集成电路技术的发展而变得智能化、全球化，并且越来越轻便和贴近人类的生活。
所以，可以说，摩尔定律为我们的生活带来了不可估量的价值和改变。
而且，摩尔定律似乎没有结束，虽然已经不是18个月翻倍的程度了，但是每年大概还是能够迎来一个增长，这表明了集成电路技术的发展仍在加速。
这也可能是我们在每年的 CES 展会上看到，无论是人工智能、5G、云计算、大数据还是虚拟现实等等新技术，都得益于集成电路技术的发展。
而且，如果按照近期的趋势来看，摩尔定律所描述的挑战和机遇将会变得更为广泛。
比如说，随着物联网的兴起，越来越多的设备需要接入互联网，这导致集成电路技术需要在更广泛的领域来应用和发展，一方面需要更大程度地提高晶体管密度和功能性，同时还需要的是更低的功耗和热量输出。
所以，现代的芯片制造需要兼顾这两个方面的需求：第一，在摩尔定律的时间尺度内提高晶体管的密度和能力。
这个方向是传统的芯片制造方向，所以需要保持当前芯片制造技术的进步步伐，尤其是在处理器制造领域，需要投入更多的资金和技术以满足市场的需求。
在底层的半导体技术和微电子器件等领域，需要投入更多的研发和生产资金，为更高性能芯片提供支撑。
第二，在芯片制造过程中，更多地引入新的材料和制造工艺。
英特尔寻求半导体设备突破，以跟上摩尔定律
英特尔寻求半导体设备突破，以跟上摩尔定律
佚名
【期刊名称】《电子工业专用设备》
【年(卷),期】2004(33)7
【摘要】IC制造业成本高企，半导体设备产业需要新的、成本可承受的创新。
英特尔公司制造技术部副总裁兼制造技术工程部总经理Jai Hakhu表示，半导体设备行业中，在若干个关键的领域上面临许多挑战。
【总页数】2页(P43-44)
【关键词】英特尔公司;半导体设备行业;65nm晶圆设备;晶粒切割
【正文语种】中文
【中图分类】F407.63
【相关文献】
1.半导体产业发展将突破摩尔定律 [J],
2.摩尔定律与半导体设备(续前) [J], 翁寿松
3.摩尔定律与半导体设备 [J], 翁寿松
4.半导体产业发展与摩尔定律的突破 [J], 吴琪乐;
5.英特尔和IBM实现芯片突破延续摩尔定律 [J],
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解析一下技术节点的意思以及晶体管的缩小过程中涉及到三个问题和解答
解析一下技术节点的意思以及晶体管的缩小过程中涉及到三个问题和解答在摩尔定律的指导下，集成电路的制造工艺一直在往前演进。
得意与这几年智能手机的流行，大家对节点了解甚多。
例如40nm、28nm、20nm、16nm等等，但是你知道的这些节点的真正含义吗？你知道他们是怎么演进的吗？我们来看一下这个报道。
首先解析一下技术节点的意思是什么。
常听说的，诸如，台积电16nm工艺的Nvidia GPU、英特尔14nm工艺的i5，等等，这个长度的含义，具体的定义需要详细的给出晶体管的结构图才行，简单地说，在早期的时候，可以姑且认为是相当于晶体管的尺寸。
为什么这个尺寸重要呢？因为晶体管的作用，简单地说，是把电子从一端(S)，通过一段沟道，送到另一端(D)，这个过程完成了之后，信息的传递就完成了。
因为电子的速度是有限的，在现代晶体管中，一般都是以饱和速度运行的，所以需要的时间基本就由这个沟道的长度来决定。
越短，就越快。
这个沟道的长度，和前面说的晶体管的尺寸，大体上可以认为是一致的。
但是二者有区别，沟道长度是一个晶体管物理的概念，而用于技术节点的那个尺寸，是制造工艺的概念，二者相关，但是不相等。
在微米时代，一般这个技术节点的数字越小，晶体管的尺寸也越小，沟道长度也就越小。
但是在22nm节点之后，晶体管的实际尺寸，或者说沟道的实际长度，是长于这个数字的。
比方说，英特尔的14nm的晶体管，沟道长度其实是20nm左右。
根据现在的了解，晶体管的缩小过程中涉及到三个问题，分别是：第一，为什么要把晶体管的尺寸缩小？以及是按照怎样的比例缩小的？这个问题就是在问，缩小有什么好处？第二，为什么技术节点的数字不能等同于晶体管的实际尺寸？或者说，在晶体管的实际尺寸并没有按比例缩小的情况下，为什么要宣称是新一代的技术节点？这个问题就是在问，缩小有什么技术困难？第三，具体如何缩小？也就是，技术节点的发展历程是怎样的？在每一代都有怎样的技术进步？这也是题主所提的真正的问题。
摩尔定律预测集成电路发展趋势
摩尔定律预测集成电路发展趋势摩尔定律是集成电路行业的重要规律之一，它描述了集成电路中能容纳的晶体管数量每隔一段时间会翻倍增长的趋势。
摩尔定律的提出者戈登·摩尔于1965年首次提出，他认为集成电路的晶体管数量每隔18至24个月会增长一倍，而成本会相应减少一半。
在过去的几十年中，摩尔定律被证明是一个正确的预测，集成电路行业也严格按照这个趋势发展。
然而，随着科技的不断进步和挑战的增加，有人开始质疑摩尔定律的可持续性。
本文将探讨摩尔定律对集成电路发展的影响，并预测未来几年内的趋势。
首先，摩尔定律的核心内容是集成电路中晶体管数量的增长。
随着每个晶体管尺寸的缩小，集成电路中可以容纳的晶体管数量不断增加。
这意味着更多的功能可以被集成在一颗芯片上，从而使得电子产品越来越小、更加强大。
这种增长也促进了计算速度的提升，使得电子设备的性能不断提高。
然而，随着晶体管尺寸的不断缩小，摩尔定律面临着技术和物理上的限制。
当晶体管尺寸缩小至极限时，量子力学效应会产生一些问题，如电流泄露和电磁干扰等。
此外，制造这样小尺寸晶体管所需的设备和材料成本也在不断增加。
这些挑战导致了摩尔定律的可持续性受到了质疑。
为了应对这些挑战，集成电路行业开始寻找新的制造技术和材料。
如今，有许多新兴技术被广泛研究和应用，如三维集成电路、超高密度封装、自组装技术等。
这些技术和材料的应用使得集成电路的尺寸继续缩小并增加晶体管数量的同时，解决了一些传统制造技术面临的限制问题。
另外，摩尔定律的预测也受到了市场需求的影响。
随着人们对计算能力和功能的要求越来越高，集成电路行业不得不寻找新的技术和解决方案来满足市场需求。
例如，人工智能、物联网和移动设备的快速发展都对集成电路的设计和制造提出了更高的要求。
这些应用驱动着集成电路技术的发展，同时也对摩尔定律的预测提出了新的挑战。
未来几年内，集成电路行业将继续迎接新的技术挑战和市场需求。
尽管摩尔定律可能无法完全实现按照原定的周期发展，但仍然会有新的技术和解决方案出现，推动集成电路的发展。
摩尔定律的发展趋势
摩尔定律的发展趋势
摩尔定律是美国物理学家摩尔（Gordon Moore）在1965年提出的定律，它指出，半导体集成电路元件集成度的密度每隔一段时间就会翻一番，而有关的成本则会越来越低。
这一定律是半导体行业发展的指导思想，为
当今半导体技术的发展奠定了基础，也是促进了计算机技术发展的利器。
摩尔定律的发展趋势有利于使用户体验更加优越，使得芯片更加复杂，体积也更小，芯片集成度也更高。
与此同时，摩尔定律还推动了芯片生产
商对产品的改进，提高效率，降低成本，完善品质。
它也推动了到了芯片
领域的技术变革，比如，宽带技术、射频芯片技术等等，使得芯片在更加
多的应用领域得到更广泛的应用，比如智能手机、汽车芯片、互联网设备
等等。
在这些技术创新中，技术的发展取决于谁能最先发现和利用技术。
因此，发展前景广阔的创新产品带来的竞争激烈，也成为摩尔定律的趋势。
根据行业研究机构提出的报告，美国及全球半导体市场存在着激烈的竞争，拥有领先技术的厂家能够获得更大的市场份额。
比如，在5G通信市场，
领先的技术可以控制市场的份额，并影响整个行业的发展。
经过几十年的发展，摩尔定律的发展趋势更加复杂。
半导体发展摩尔定律
半导体发展摩尔定律摩尔定律，这个词听起来是不是有点高大上？实际上，它跟我们每个人的生活都息息相关。
说白了，摩尔定律就是一种对半导体技术发展的预测。
要知道，半导体可是咱们日常生活中无处不在的“隐形英雄”，不管是手机、电脑，还是汽车、冰箱，几乎所有现代科技产品的“大脑”里都有它的身影。
好了，回到摩尔定律。
它的核心意思就是，集成电路上能够容纳的晶体管数量，大约每两年就会翻一倍。
听起来挺神奇的吧？说白了，就是半导体的处理能力在不断变强，体积却越来越小，速度也越来越快。
这种“井喷式”发展让人咋舌，也让人忍不住想问：到底是什么神奇力量在推动这一切？摩尔定律的“摩尔”，指的是英特尔的创始人之一戈登·摩尔。
1965年，他观察到，集成电路上晶体管的数量在快速增长，于是就大胆预测了这个定律。
彼时，他不过是一个年轻的科学家，谁能想到，他这一句预测，居然成了半导体行业的“金科玉律”。
直到今天，这个定律依然在影响着整个科技行业，简直就是“芯片界的圣经”。
不过，你知道吗？摩尔定律的魔力不仅仅在于它准确预示了科技的飞速进步，更在于它带给了我们无穷的想象空间。
想象一下，五十年前，人们还在为一个晶体管有多小而兴奋不已，今天的我们已经能够在一个小小的芯片上装下上亿个晶体管。
你是不是也觉得有点“不可思议”？就拿手机来说吧，早期的手机都是“大砖头”，功能也简单得可以用“基本无聊”来形容。
但如今，一部智能手机，不仅仅是通讯工具，还是计算机、相机、娱乐中心，甚至还是你的私人助手。
你想，所有这些超乎想象的功能，背后都离不开半导体技术的飞速发展。
不过，这个定律的魔力并非没有代价。
随着时间的推移，摩尔定律虽然依然有效，但已经越来越难以维持了。
你看，晶体管变得越来越小，已经小到难以想象的地步。
原本摩尔定律提到的每两年翻一倍，现在的进展已经比以前慢了很多。
你可能会问，为什么会这样？简单说就是物理学开始给半导体技术“设限”了。
因为晶体管越做越小，电子在其中的运动就越来越不稳定，温度控制和电流控制的问题也变得越来越复杂，搞不好芯片就会变成“大烤箱”，烧坏了可就麻烦了。
英特尔谈工艺：坚守摩尔定律优势依旧明显
16 ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 2017.10
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OP INTERVIEW
高端访谈
优化惠及。特别的，Smith强调虽然工艺节点的更新时 间在放缓，但超微缩技术的力量是非常强的，超微缩 技术能够让14纳米和10纳米上的晶片面积缩小0.5倍以 上。这从根本上来说非常重要的一点。
从另一个层面上，Smith为大家展示了成本方面的 变化，从Broadwell到Skylake，Skylake和Haswell的 成本非常类似。如果做一个比较，KabyLake的成本比 Haswell要低一些，但KabyLake比Haswell的晶体管数 量多了8亿个，KabyLake全新更高类级的产品的低成本 正是因为架构的完善以及摩尔定律来推动实现的。所以 摩尔定律仍然是一种真理的存在。它的成本与上一代 是类似的。Smith特别谈到，摩尔定律带来的优势有两 点，第一，每一次成本都会降低；第二，能够不断地实 现产品的逐年提升。所以针对质疑摩尔定律是否失效这 个问题，如果将其量化为摩尔定律是否能够带来同样的 效益。简洁的回答，是的，因为微缩技术正在进一步发 展。
10纳米工艺王者归来
随着竞争对手相继推出10纳米的先进工艺，英特尔 的10纳米工艺迟迟没有宣布量产，因为作为摩尔定律坚 定执行者和正统继承人的英特尔几十年来第一次失去了 在半导体工艺量产级制程的数字层面的领先，迫于各方 的压力，英特尔不得不面对这样的质疑声“你是否失去 了半导体工艺的领先地位？”
这一次，在北京的活动现场，Smith代表英特尔对 这个问题做了正面的回应，因为超微缩技术的使用处理 得更好，所以英特尔仍然是按照摩尔定律在推动14纳 米制程技术。“相比于竞争对手在FinFET（三栅极晶体 管）的技术上密度并没有提升，他们称之为低节点，他 们的曲线和我们的曲线的差距越来越大，开始出现越来 越大的分歧。结果使得市场上友商10纳米的制程技术晶 体管密度只相当于英特尔14纳米制程晶体管密度，却晚 于英特尔14纳米制程三年。业界沿用的这样一种节点命 名的方式导致了观念的混淆，我们认为制程技术应该以 实践来度量。”
半导体行业专题研究：Chiplet：破局后摩尔时代，重塑半导体产业链价值
[Table_ReportType] [Table_StockAndRank][Table_Author]134****2818*******************91100031[Table_Title]Chiplet：破局后摩尔时代，重塑半导体产业链价值[Table_ReportDate] 2022年10月30日[Table_Summary][Table_Summary]➢半导体工艺节点持续推进，传统异构多核SoC难以为继。
先进工艺节点下晶体管单位成本不断下降，但IC设计复杂度及设计成本不断提升，设计复杂度的提升也将对芯片良率产生影响，间接提高了整体制造成本；此外，制程升级对芯片性能提升的边际收益缩窄，通常在15%左右，传统异构多核SoC方案下，摩尔定律走向瓶颈。
➢Chiplet技术改道芯片业，实现超越摩尔定律。
Chiplet将满足特定功能的裸片通过die-to-die内部互联技术，实现多个模块芯片与底层基础芯片的系统封装，实现一种新形式的IP复用。
基于裸片的Chiplet方案将传统SoC划分为多个单功能或多功能组合的芯粒，在一个封装内通过基板互连成为一个完整的复杂功能芯片，是一种以裸片形式提供的硬核IP。
在当前技术进展下，Chiplet方案能够实现芯片设计复杂度及设计成本降低，且有利于后续产品迭代，加速产品上市周期。
➢中美半导体产业博弈升级下国内先进制程发展受限，Chiplet为实现弯道超车的逆境突破口之一。
继《瓦森纳协议》限制国内晶圆厂对EUV 光刻设备的采购后，2022年8月美国签署《芯片与科学法案》继续限制中国芯片制造业发展，国内晶圆厂在先进制程升级上受阻。
此外，中国大陆部分IC设计企业被美国列入“实体清单”，无法在台积电、三星等晶圆代工厂进行先进制程代工。
国内半导体产业在先进制程发展受限的情况下，可将Chiplet视为另一条实现性能升级的路径和产业突破口之一。
➢随着Chiplet技术生态逐渐成熟，国内厂商通过自重用及自迭代利用技术的多项优势，推动各环节价值重塑。
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解析半导体工艺节点的演进寻找摩尔定律的曙光
01 摩尔定律下的工艺节点的形成1958年，美国德州仪器公司的工程师杰克·基尔比制成了世界上第一片集成电路，1962年，德州仪器公司建成世界上第一条商业化集成电路生产线。
此后，在市场需求的驱动下，集成电路发展成为一个庞大的产业，从小规模集成电路(SSI)到中规模集成电路(MSI)、再到大规模集成电路(LSI)，一直到现在的超大规模集成电路(VLSI)。
集成度被看作是描述集成电路工艺先进程度的一个重要指标，通常用晶体管数目来表示集成度高低，一个芯片里含有的晶体管数目越多，芯片的功能也就越强。
因此，集成电路的规模反映了集成电路的先进程度。
集成度的提高，不仅意味着单个晶体管的尺寸缩小了，同时也意味着采用了更加先进的制造工艺，因为晶体管尺寸与制造工艺之间有着密切的联系。
可以说，集成电路技术的发展过程，就是把晶体管尺寸做得越来越小的过程。
九十年代的大规模集成电路普遍采用的是微米级工艺，笔者在上世纪90年代初做设计时就是采用5微米和3微米标准单元库，这也是那个年代的主流工艺(晶圆尺寸是3英寸和4英寸)。
二十多年过去了，现在已经发展到纳米级工艺了，中芯国际去年实现量产的28纳米工艺，比起3微米工艺，尺寸缩小了100多倍。
这些工艺演进的背后，是更多金钱的投入。
因为更小的
尺寸意味着对设计和制造设备以及芯片材料等都有更为苛
刻的要求，为了克服技术门槛，芯片企业每年需要投入数亿、数十亿美元的研发经费，不知有多少世界一流的科学家和工程师都参与了这一耗资巨大的芯片微缩化工程。
那么5微米、3微米、以及90纳米、28纳米等等这些“节点”是怎样形成的呢?可以说这是描述摩尔定律进程的一个指标。
摩尔定律说，半导体芯片每一年半(后来改为两年)，其集成度翻一番，并
伴随着性能的增长和成本的下降。
怎样描述这个集成度呢?
这就有了工艺“节点”的说法。
即工艺节点数值越小，表征芯
片的集成度就越高。
这些数值也被《国际半导体技术蓝图(ITRS)》用来划分半导体工艺的阶段(也称工艺代)，或描述
芯片的先进性。
这里有必要解释这些数值表示的是什么尺寸。
例如28nm工艺，这里的28nm是指晶体管栅极的最小线宽(栅宽)。
实际设计中除了栅极，其他的设计尺寸一般都大于
工艺节点的尺寸，例如晶体管之间的金属连线宽度、有源区宽度等。
图一与非门、或门的版图图一是个例子。
在这个
与非门和或非门的版图里，白的是衬底层，红的是多晶硅层，蓝的是金属层。
这其中只有红的多晶硅栅极的最小线宽是可以达到28nm的，其他一切尺寸都是要大于28nm。
具体各层线宽的最小值需要看该工艺的设计规则(Design Rull)。
为什么用栅极线宽而不是其他的线宽来表征工艺节点，这是因为栅极宽度一般是整个设计中最重要的参数。
在CMOS电
路中，MOS晶体管最主要的功能就是通过栅极控制源漏之间的电流。
这个电流受很多因素影响，例如晶体管迁移率、绝缘层电容，还有各种效应等，这些都与半导体工艺有关，工艺定了设计很难改变。
一般情况下唯一可以设计的参数就是沟道宽长比，沟道宽长比就是晶体管栅极的长宽比(长沟器件可以直接近似，短沟器件要加修正项)。
也就是说在电压一样的情况下，栅极越宽，沟道就越长，源漏电流就越小。
所以在设计中，沟道越短，意味着晶体管的尺寸越小，单位面积可以存放的晶体管数量就越多，芯片集成度就越高;换一种说法是设计出来的芯片面积就越小，芯片的价格就越便宜。
当然这是在只考虑生产成本，不考虑NRE费用的前提下。
图二NVIDIA GTX580(40nm工艺) 与GTX680(28nm工艺)的对比从图二，我们看到Geforce GTX 680虽然晶体管数目比GTX 580多，但是芯片面积却只有后者的一半多一点，这就是从40nm制程工艺进化到28nm的好处。
有一个例外是DRAM 电路，在DRAM存储单元中，该特征尺寸不是指栅宽，而是指金属连线所允许的最小间距的一半。
概括来说，它描述了该工艺代下加工尺寸的精确度。
它并非一定指半导体器件中某一具体结构的特征尺寸，而是一类可以反映出加工精度的尺寸的平均值。
它最直观地反映出：集成电路通过微电子制造工艺加工生产能达到更大的集成密度。
02 工艺节点进步可带来功耗进一步减少工艺节点的进步也带来了
理论上功耗的降低。
因为晶体管缩小可以降低单个晶体管的功耗，因为按照等比例缩小的规则，栅压(Vds)会减小，栅压减小会降低整体芯片的供电电压，进而降低功耗。
但是从物理原理上说，随着工艺节点的进步芯片的单位面积功耗并不跟着降低。
因此这成为了晶体管缩小的一个严重障碍，因为理论上的计算是理想情况，实际上，芯片的功耗会随着集成度的提高而提高。
在2000年左右的时候，人们已经预测，根据摩尔定律的发展(晶体管)继续缩小下去，假如没有什么技术进步的话，10多年后，其功耗密度可以达到火箭发动机的水平，这样的芯片是不可能正常工作的。
即使达不到这个水平，温度太高也会影响晶体管的性能。
事实上，业界现在也没有找到真正彻底解决晶体管功耗问题的方案，现在的做法是一方面降低电压(功耗与电压的平方成正比)，一方面不再追求时钟频率。
因此在2005年以后，CPU频率不再增长，性能的提升主要依靠多核架构。
这个被称作“功耗墙”。
“功耗墙”的存在使得晶体管的缩小不能再任意下去。
03 半导体制造对工艺节点的影响在微米时代，工艺节点可以看作是与晶体管的栅宽(沟道长度)划等号。
工艺节点的数字越小，沟道长度也越小，晶体管的尺寸也越小。
但是在22nm节点之后，情况有了变化。
晶体管的实际尺寸，或者说沟道的实际长度，不一定与这个节点相等。
比方说，英特尔的14nm工艺的晶体管，沟道长度其实是20nm。
这是为什么呢?这要从硅原子
谈起。
硅原子直径是纳米级的，硅原子半径为110皮米，也就是0.11纳米，直径0.22nm。
如果把晶体管的沟道缩小到10nm，就意味着大约是45个硅原子排在一起的长度(不考虑原子间距的情况下)，这时在经典物理理论下的晶体管的电流模型已不再适用。
用经典的电流理论计算电子的传输，电子在分布确定之后，仍然被当作一个粒子来对待，而不考虑它的量子效应。
因为尺寸大不需要。
但是越小就不行了，就需要考虑它的各种复杂的物理效应。
其次，一种叫做“短沟道效应”的现象也会对晶体管的性能带来影响，“短沟道效应”带来的直接损害是栅极电压不能有效关闭晶体管，导致漏电流产生，浪费大量功耗。
这部分漏电不能小看，“短沟道效应”引起的这部分漏电流导致的能耗，可以占到总能耗的一半。
另一个制造工艺的极限是由制造设备带来的，具体来说就是光刻机的分辨率制约。
光刻机的分辨率与光源有关系，光源的聚焦性能越好，分辨率越高，能够刻出的线条就越细。
在250nm工艺以前的光刻工艺使用的是汞灯光源，为了提高分辨率，从180nm开始采用波长为248nm的KrF激光作为曝光光源，130nm和90nm工艺采用波长为193nm的ArF激光光源，从65nm工艺开始采用波长更短的激光光源。