后摩尔定律时代，半导体厂商应该怎么做？

摩尔定律究竟还能走多远？ 一旦摩尔定律正式走入历史，半导体产业该如何继续向前迈进？ 而在所谓的"后摩尔定律时代"，IC业者面临的挑战是什么？ 又该如何因应？

如今已近九旬高龄的英特尔（Intel）共同创办人Gordon Moore在1965年发表了一篇文章，提出了IC上晶体管数量会在接下来十年依循每年增加一倍的规律发展，其后这个理论根据数次演变，成为全球半导体产业界奉为圭臬的"摩尔定律"（Moore’s Law），伴随IC市场经历半世纪的蓬勃发展，催生无数让大众日常生活更加便利、 更丰富多彩的科技。

2015年，摩尔定律欢庆50周年，Moore本人在接受采访时表示，其实他在发表那篇文章的时候只是分享一个趋势观察，因为当时IC技术正在改变整个电子产业的经济模式、却未被普遍承认；而他完全没有想到那样的一个理论居然被记得那么久，甚至被称为驱动产业发展的"定律"。

不过摩尔定律毕竟不是以严谨科学程序所定义的真正"定律"，Moore自己也说，那只是一种观察与推测；许多人预测摩尔定律将在2015至2020年失效，而在2012年左右，摩尔定律开始出现速度趋缓的明显迹象，当年全球半导体产业营收暨2011年仅2.1%的成长之后不升反降，出现了2.6%的负成长，接下来几年的营收表现也一片低迷， 不但不复以往动辄两位数字的成长表现，在2015年还再度出现了2.3%的负成长。

半导体厂商们发现，要维持摩尔定律继续推进的成本变得越来越庞大，制程微缩不再跟随着晶体管单位成本跟着降低的效应，产业界从32/28奈米节点迈进22/20奈米制程节点时，首度遭遇了成本上升的情况；业界专家们将原因指向了迟迟未能"上台面"的极紫外光（EUV）微影技术，就因为该新一代微影技术仍未能顺利诞生， 使得22奈米以下的IC仍得透过多重图形（multi-patterning）方法来实现，这意味着复杂的设计流程、高风险，以及高昂的成本。

市场研究机构International Business Strategies （IBS）的资深半导体产业分析师Handel Jones估计，当半导体制程走向5奈米节点，IC设计成本将会是目前已经非常高昂之14/16奈米制程设计成本的三倍（图1），因此设计业者"需要有非常大量的销售额才能回收投资。 "

图1：IC设计成本越来越高 （来源：International Business Strategies）

摩尔定律究竟还能走多远？ 一旦摩尔定律正式走入历史，半导体产业该如何继续向前迈进？ 而在所谓的"后摩尔定律时代"，IC业者面临的挑战是什么？ 又该如何因应？

EUV微影何时救场？

在一场1月初于美国加州举行、由国际半导体产业协会（SEMI）主办的年度产业策略高峰会（Industry Strategy Symposium，ISS）上，来自半导体产业界的专家指出，如果EUV技术在2020年顺利问世，半导体技术演进还能持续到2025年。

产业顾问机构IC Knowledge总裁Scotten Jones在该场高峰会上表示："我不认为摩尔定律已死，从事深度技术研发的人也不认为；"他指出，大厂英特尔（Intel）与Globalfoundries都透露半导体制程在后14奈米（post-14nm）节点能达到成本节省，"我相信我们有方法制造出让成本降低的新一代晶体管。 "

Jones预测5奈米节点将在2019年开始在某些制程步骤采用EUV技术，或许仍得采用某种形式的FinFET晶体管；至于再往下到3.5奈米节点，将会进展至采用水平奈米线（horizontal nanowire），而该节点应该会是经典半导体制程微缩的终点；其后2.5奈米节点堆栈n型与p型奈米线，可望在2025年将晶体管密度增加60~70 %。

对于EUV究竟何时能正式"上阵"，市场研究机构Semiconductor Advisors的分析师Robert Maire认为："EUV微影真正开始量产应该是会在2020年；"他指出，台积电（TSMC）已经宣布了将在5奈米节点采用EUV微影的计划；而英特尔则可能会在7奈米采用EUV微影，与台积电的5奈米节点量产时程相当， 时程预计是在2019年。

图2：各家半导体大厂先进制程节点量产时程 （来源：ISS、各家公司）

而Globalfoundries技术长Gary Patton在2016年10月来台与本地媒体分享该公司最新技术与策略方向时则表示，他预期EUV微影技术要到2019年才会迈入成熟，而Globalfoundries在该时间点之前就会量产的7奈米制程应该不会采用该技术。

目前在市场上只有来自荷兰的设备业者ASML能供应EUV微影系统，是该公司投入了三十年时间与庞大研发成本的成果，而该公司甚至获得了英特尔、台积电与三星（Samsung）等半导体大厂的联合投资，这些股东们的首要目标就是加速EUV技术的实现。 ASML发言人表示："我们预期EUV微影将在个位数奈米制程节点被应用