jeita半導体部会 - itrs...

STRJ WS: March 8, 2013, IRCWork in Progress - Do not publish 1

ITRS 2012年改訂版の概要

半導体技術ロードマップ専門委員会（STRJ）委員長

石内秀美（東芝）

本講演は、ITRSとSTRJでまとめた技術ロードマップについて説明したもので、ITRS参加企業・団体、JEITA会員企業の個別の製品や技術開発の方向について説明したものではありません。

STRJ WS: March 8, 2013, IRCWork in Progress - Do not publish 2

主要略語一覧（アルファベット順）

• ERD: Emerging Research Devices 新探究デバイス• ERM: Emerging Research Materials 新探究材料• EUV: Extreme Ultra Violet• FEP: Front End Process (ITRSの章の名前でもある）• High-k: 高誘電率（比誘電率の記号としてkを使うことから）絶縁膜。MOSFET用のゲート絶縁膜• ITRS: International Technology Roadmap for Semiconductors 国際半導体技術ロードマップ• JEITA: 社団法人電子情報技術産業協会（Japan Electronics and Information Technology

Industries Association）• Low-k: 低誘電率（比誘電率の記号としてkを使うから）絶縁膜。多層金属配線用絶縁膜• M1: Metal-1 最下層（第１）の金属配線層• MEMS: Micro-Electro-Mechanical Systems• MPU: Micro Processor Unit マイクロプロセッサ• NTRS: National Technology Roadmap for Semiconductors 米国のSIAが編集した半導体技術ロード

マップ• PIDS: Process Integration, Devices and Structures (ITRSの章の名前）• SIA: Semiconductor Industry Association 米国半導体工業会• STRJ: Semiconductor Technology Roadmap committee of Japan 半導体技術ロードマップ専門委

員会。JEITA半導体部会半導体技術委員会の専門委員会

STRJ WS: March 8, 2013, IRCWork in Progress - Do not publish

内容

ITRSの歴史

STRJトピックス

– STRJの組織構成

ITRS 2012年改訂版と今後の改訂方針

– 全般的なトレンド (OTRC: Overall Roadmap Technology Characteristics)

– 生産開始年の定義改訂の検討

– リソグラフィーのツール

– ４５０ｍｍウェーハでの生産について

まとめと参考文献

3


2001 ITRS1999 ITRS1998 ITRSUpdate

2000 ITRSUpdate

2002 ITRSUpdate

2004 ITRSUpdate

2006 ITRSUpdate2003 ITRS 2005 ITRS 2007 ITRS

1991 Micro Tech 2000Workshop Report

1994NTRS1992NTRS 1997NTRS

ITRSの歴史

Japan KoreaEurope Taiwan USA

2008 ITRSUpdate

2010 ITRSUpdate2009 ITRS 2011 ITRS 2012 ITRS

Update

4


ITRS編集の基本的考え方

• ムーアの法則– １チップ当たりの素子数（トランジスタ数）は1.5年から2年

ごとに2倍になる

• ムーアの法則を維持するために何が必要か– 重要な技術課題を選定

– それぞれの技術課題ごとに定量的な表を作成

– 表を毎年更新

• More than Moore（多様化）と Beyond CMOS• ITRSが与えた影響

– 半導体業界（チップメーカ、装置メーカ、材料メーカ）、大学や公的研究機関、行政機関が技術のペースメーカとして利用。

5


Euro pe (12 4 )10 %

J a pa n (2 2 3 )17 %

Ko re a (6 0 )5 %

Ta iwa n (17 2 )13 %

US A (7 0 9 )5 5 %

2005 ITRS Members by Region

C o ns o rt ia / R e s e a rc h Ins t itute / Univ e rs ity

(2 7 4 )2 1%

Equipm e nt / M a te ria ls

S upplie rs (2 6 3 )2 0 %

C hip m a ke rs (6 7 7 )5 3 %

Othe rs (7 4 )6 %

2005 ITRS Members by Affiliation

Euro pe (12 4 )10 %

J a pa n (2 2 3 )17 %

Ko re a (6 0 )5 %

Ta iwa n (17 2 )13 %

US A (7 0 9 )5 5 %



(2 7 4 )2 1%


S upplie rs (2 6 3 )2 0 %

C hip m a ke rs (6 7 7 )5 3 %

Othe rs (7 4 )6 %


Euro pe (12 4 )10 %

J a pa n (2 2 3 )17 %

Ko re a (6 0 )5 %

Ta iwa n (17 2 )13 %

US A (7 0 9 )5 5 %


Euro pe (12 4 )10 %

J a pa n (2 2 3 )17 %

Ko re a (6 0 )5 %

Ta iwa n (17 2 )13 %

US A (7 0 9 )5 5 %



(2 7 4 )2 1%


S upplie rs (2 6 3 )2 0 %

C hip m a ke rs (6 7 7 )5 3 %

Othe rs (7 4 )6 %



(2 7 4 )2 1%


S upplie rs (2 6 3 )2 0 %

C hip m a ke rs (6 7 7 )5 3 %

Othe rs (7 4 )6 %


Euro pe (12 4 )10 %

J a pa n (2 2 3 )17 %

Ko re a (6 0 )5 %

Ta iwa n (17 2 )13 %

US A (7 0 9 )5 5 %



(2 7 4 )2 1%


S upplie rs (2 6 3 )2 0 %

C hip m a ke rs (6 7 7 )5 3 %

Othe rs (7 4 )6 %


Euro pe (12 4 )10 %

J a pa n (2 2 3 )17 %

Ko re a (6 0 )5 %

Ta iwa n (17 2 )13 %

US A (7 0 9 )5 5 %



(2 7 4 )2 1%


S upplie rs (2 6 3 )2 0 %

C hip m a ke rs (6 7 7 )5 3 %

Othe rs (7 4 )6 %


Euro pe (12 4 )10 %

J a pa n (2 2 3 )17 %

Ko re a (6 0 )5 %

Ta iwa n (17 2 )13 %

US A (7 0 9 )5 5 %


Euro pe (12 4 )10 %

J a pa n (2 2 3 )17 %

Ko re a (6 0 )5 %

Ta iwa n (17 2 )13 %

US A (7 0 9 )5 5 %



(2 7 4 )2 1%


S upplie rs (2 6 3 )2 0 %

C hip m a ke rs (6 7 7 )5 3 %

Othe rs (7 4 )6 %



(2 7 4 )2 1%


S upplie rs (2 6 3 )2 0 %

C hip m a ke rs (6 7 7 )5 3 %

Othe rs (7 4 )6 %


ITRSの委員（地域別・所属別）

出典： ITRS 2005

6


ITRS 2011年版の章構成と、STRJのWG

1. Executive Summary2. System Drivers・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG1 設計3. Design・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG1 設計4. Test & Test Equipment・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG2 テスト5. Process Integration, Devices & Structures・・・・・・・・・・・ WG6 PIDS6. RF and A/MS Technologies for Wireless Communications・・WG6 RF SWG7. Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) ・・・・・・・・・ WG6 MEMS SWG8. Emerging Research Devices・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG12 ERD9. Emerging Research Materials・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG13 ERM10. Front End Processes・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG3 フロントエンドプロセス11. Lithography・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG5 リソグラフィー12. Interconnect・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG4 配線13. Factory Integration・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG8 ファクトリインテグレーション14. Assembly & Packaging・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG7 実装15. Environment, Safety & Health・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG9 ES&H16. Yield Enhancement・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG11 歩留向上17. Metrology・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ WG14 メトロロジ18. Modeling & Simulation・・・・・・・・・・・・・・・・ WG10 モデリング／シミュレーション

青字： ITRS 2011年版の章の新設・名称変更赤字： STRJで活動休止中のWorking Group

7


STRJの主な活動状況（1）

（１）ITRS （国際半導体技術ロードマップ）活動：ITRSの作成を分担（奇数年は全面改訂、偶数年は主にTableのみを改訂

ITRSの各WGに日本から参加。分担範囲は、WG毎に異なる。

（２）半導体技術ロードマップ専門委員会（STRJ)の独自活動日本国内で専門家からなるWGを組織。各々分野の技術動向を調査

ITRSの日本語訳の作成。STRJのホームページで公開。公開直後は、３～５万件/月のアクセス。

STRJワークショップを毎年3月に開催。STRJの各ワーキンググループからの当該年度の活動報告。例年、２件の特別講演。

STRJのスポンサー企業：

富士通セミコンダクター、ルネサスエレクトロニクス、ローム、ソニー、東芝の 5社

（2012年度はパナソニックがオブザーバー参加）

8


STRJの主な活動状況（2）

（３）ITRS 国際会議とPublic Conferenceの開催欧州会議：毎年4月にITRS国際会議を開催。場所は毎年異なる。

米国会議：毎年7月に米国サンフランシスコにてSEMICON WESTに合わせて、ITRS

国際会議とPublic Conferenceを開催。

アジア会議：毎年12月に、日本、韓国、台湾の回り持ちで、ITRS国際会議とPublic

Conferenceを開催。2013年12月に日本開催の予定

（４）STRJ の 3 WG ( ワーキンググループ）の活動休止STRJの予算削減に対応するため、下記の3WGの活動を、2010年4月から休止中。

• WG8 FI (Factory Integration)• WG9 ES&H (Environment, Safety, and Health)• WG10 Modeling and Simulation

(注） WG11 YEについては 2010年度にいったん活動を休止したものの、

2011年度から活動を再開

9


微細化トレンド (2009年版と2011年版との比較)出典： ITRS 2009 Edition / ITRS 2011 Edition

YEAR of Production 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Flash Uncontacted Poly Si ½ Pitch (nm)2009 Edition 38 32 28 25 23 20 18 15.9Flash Uncontacted Poly Si ½ Pitch (nm)2011 Edition N/A N/A 22 20 18 17 15 14.2DRAM stagger-contacted Metal 1 (M1) ½ Pitch (nm) 2009 Edition 52 45 40 36 32 28 25 22.5DRAM stagger-contacted Metal 1 (M1) ½ Pitch (nm) 2011 Edition N/A N/A 36 32 27 25 23 20

year of Production 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

Flash Uncontacted Poly Si ½ Pitch (nm)2009 Edition 14.2 12.6 11.3 10.0 8.9 8.0 7.1 6.3Flash Uncontacted Poly Si ½ Pitch (nm)2011 Edition 13 11.9 10.9 10.0 8.9 8.0 8.0 8.0DRAM stagger-contacted Metal 1 (M1) ½ Pitch (nm) 2009 Edition 20.0 17.9 15.9 14.2 12.6 11.3 10.0 8.9DRAM stagger-contacted Metal 1 (M1) ½ Pitch (nm) 2011 Edition 17.9 15.9 14.2 12.6 11.3 10.0 8.9 8.0

10


Source: 2011 ITRS - Executive Summary Fig. ORTC3

1

10

100

1000

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Nano

met

ers

(1e-

9)

Year of Production

2011 ITRS - Technology Trends

2011 ITRS Flash ½ Pitch (nm) (un-contacted Poly) -[2-yr cycle to 2009; then 8-yr cycle to 2020; then 3-yr cycle to 2022/8nm; then flat]

2011 ITRS DRAM ½ Pitch (nm) (Contacted M1) -[2.5-yr cycle to 2008; 45nm pull-in to 2009; then 3-yr cycle to 2026]

2011 ITRS: 2011-2026

3D - 8 layers3D - 128 layers

PIDS 3DFlash :

Looser Polyhalf-pitch

2016-18/32;Then

2019-21/28;Then

2022-25/24Then

2025-26/18nm~5.5-yrCycle ?

Long-Term ’19-’26

16nm

微細化トレンド

11


Months

Development Production

Beta

Tool

Pre‐Production

Tool

Volume (W

afers/Month)

2

20

200

2K

20K

200KResearch

‐72 0 24‐48 ‐24‐96

Transfer to PIDS/FEP(96–72 mo.Leadtime)

First Technical Conference

Device PapersUp to ~12 yrs

Prior to Product

20192017201520132011 2021*III/V Hi‐μ Channel Timing Example

1st 1–2 Companies

Reach Product*

Alpha

Tool

First Technical Conference

Circuits PapersUp to ~ 5 yrs

Prior to Product

Source: Semiconductor Industry Association. The International Technology Roadmap for Semiconductors, 2011 edition. SEMATECH: Albany, NY, 2011. Based on Figure 2b, Executive Summary

High Volume Manufacturing (HVM)

HVM

“Risk Start” Production

生産開始年の定義（最初の1社の量産開始時期へ）

12


MetalHigh kGate‐stack

material

2009 2012 2015 2018 2021

Bulk

FDSOI

Multi‐gate(on bulk or SOI)Structure

(electrostatic control)

Channelmaterial

MetalHigh k

2nd generation

Si + Stress

S D

High‐µInGaAs; Ge

S D

PDSOI

MetalHigh k

nth generation

PossibleDelay

Possible Pull ‐in

68nm 45nm 32nm 22nm 16nm2011 ITRS DRAM M1 :

2011 ITRS MPU/hpASIC M1 : 76nm 65nm 54nm 45nm 38nm 32nm 27nm 19nm 13nm

MPU/hpASIC “Node”: “45nm” “32nm” “22/20nm” “16/14nm” “11/10nm” “8/7nm”

2011 ITRS hi-perf GLph : 32nm 29nm 29nm 27nm 24nm 22nm 20nm 15nm 12nm2011 ITRS hi-perf GLpr : 54nm 47nm 47nm 41nm 35nm 31nm 28nm 20nm 14nm

45nm 32nm 11nm2011 ITRS Flash Poly : 54nm

2011 ITWG Table Timing: 2007 2010 2013 2016 2019 2021 22‐248nm

20248nm

22nm 15nm

11nm

Source: 2011 ITRS ‐ Executive Summary Fig 5

[ PIDS/FEP/DesignHP/LOP/LSTP

Sub‐Team Transistor Modeling Work Underway for2013 ITRS ]

PIDS Acceleration - for 2012 ITRS Update

2012 UpdateNote: Leadership company First Manu‐facturingcould set more Aggressive first production target, since “fast followers” may trail 1–3 years

MOSトランジスタの構造

13


Figure LITH3A DRAM and MPU Potential Solutions

First Year of IC Production 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026

DRAM ½ pitch (nm) (contacted) 36 32 28 25 23 20 18 16 14 13 11 10.0 8.9 8.0 7.1 6.3

MPU/ASIC Metal 1 1/2 pitch (nm) 38 32 27 24 21 19 17 15 13 12 11 9.5 8.4 7.5 6.7 6.0

45 193nm Imm

32 193 nm DP

22 EUV193nm MPML2 (MPU)

16 EUV193nm MPML2DSA + LithoImprint

11 EUV higher NA / EUV + DPML2DSA + LithoEUV (new wavelength)ImprintInnovation

Narrow Options

Narrow Options

Narrow Options

MPU / DRAM time line

リソグラフィーのツール（MPUとDRAM）

（吹き出し内は第一候補を示す）

22nm: EUV

16nm: EUV

11nm: 高NA EUV またはEUV ＋ Double Paterning

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Figure LITH3B Flash Potential Solutions

First Year of IC Production 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026

Flash ½ Pitch (nm) (un-contacted Poly)(f) 22 20 18 17 15 14.2 13.0 11.9 10.9 10.0 8.9 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0

32 193 nm DP

22 193 nm DP

16 193nm MPEUVImprint

11 EUV higher NA / EUV + DP193nm MPDSA + LithoEUV (new wavelength)ImprintInnovation

Narrow Options

Narrow Options

NAND Flash Time Line

リソグラフィーのツール（NAND Flash メモリ）

（吹き出し内は第一候補を示す）

22nm: ArF液浸のDouble Patterning

16nm: ArF液浸の多重 Patterning

11nm: 高NA EUV またはEUV ＋ Double Paterning

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More Moore と More than Moore

• More Moore– Geometrical Scaling：幾何学的（寸法の）スケーリング

– Equivalent Scaling：等価的（実効的）スケーリング

– Design Equivalent Scaling: 設計による等価的微細化

• More than Moore– 必ずしも微細化のみによらない多様化

– SiP（System in Package）技術による異種のチップの集積化

• Beyond CMOS– シリコンCMOS技術に代わる新技術

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More Moore, More than Moore, and Beyond CMOS

Source: 2011 ITRS - Executive Summary Fig. 5

17


year

Beyond CMOS

Elements

Source: ERD-WG/JEITA in Japan

Existing technologies

New technologies

Evolution of Extended CMOS

Source: 2011 ITRS – Emerging Research Devices, Fig. ERD1

18


Source: 2011 ITRS - Executive Summary Fig. 6

450 mm シリコンウェーハの導入時期（2011年版）Vo

lum

e

Years

AlphaTool

BetaTool

Silicon is supporting development using partially-patterned and processed test wafers ------ IDM & Foundry ------

Pilot Lines

Manufacturing

Demonstrations focus on 1xnm M1 half-pitch capable tools

Development Production

Increasing450mm Silicon Demand

From DemonstrationsBetaTool

ProductionTool

<---------------------------------------- Consortium -------------------------------------------Demonstration

2010 2011 2012 2015 20162013 2014

19


PilotProductionReady**

Alpha

Tool

Beta

Tool

Silicon is supporting development using partially‐patterned and processed test wafers

Demonstrations focus on 1xnm M1 half‐pitch capable tools

2013 ITRS Proposal [IS]**2016‐17: Pilot Lines[**Source: Public

Announcements, Sep’12]

[IS]**2018: High‐Volume (HVM)

Production

*Consortium Position Regarding 450mm Production:

“Development by Suppliers is under way with support coordinated by 450mm consortium and the target to demonstrate a 450mm tool set ready for pilot operations by the end of 2014 – IC Makers are driving commercial pilot line** and HVM timing based on business considerations and tool readiness.”**

Consortium

Years

IDM and FoundryPilot Lines

[WAS]

Manufacturing

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

Development Demonstration …Production [IS]*…

[IS] “Risk Start”Production[IS]

“HVM”Production[IS]

Increasing 450mm Silicon Demand From Demonstrations

IDM/Foundry Pilot Line

Pre‐Production Tools Set Ready*

IDM/Foundry Pilot Line BetaTools

HVM

“HVM”Production[WAS]

“Risk Start”Production[WAS]

High Volume Manufacturing (HVM)

Volume (W

afers/Month)

450 mm シリコンウェーハの導入時期（2011年版と2013年版（案）の比較）

2016-17年：パイロットライン2018年：大量生産開始

2013年版（案）

2011年版

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ITRS 2012年改訂版の概要と今後の編集方針

– MPUの微細化トレンドについては、変更なし。MPUのクロック周波数

のトレンドについては、2010年の3.6GHzを基点として年率4%のペー

スで向上。

– DRAMの微細化トレンドは変更なし。（2009年版と比べて、DRAMの

M1（最下層の金属配線層）の微細化トレンドを約1年前倒し。）4F2セル

の導入時期は1年遅らせて2014年とする。

– NANDフラッシュメモリの微細化トレンドは変更なし。（2009年版と比べ

て、 NAND Flashの微細化トレンドを約2年前倒し。2022年に平面型

セルの微細化限界の8nmに到達3次元セルのロードマップを記載。）

– 450mmウェーハの導入時期については、変更なし。2013年版での改

訂を検討中。パイロットラインでのリスク生産は2016-17年開始。本格

量産開始時期を2018年へ。

21


• ITRSの公式ホームページ– http://www.itrs.net/– ITRS 2011 年版はじめ、 ITRSの最新情報– ITRS 発行の白書（White Papers）– ITRS主催のConferenceなどの資料

• JEITAのロードマップのホームページ– http://semicon.jeita.or.jp/STRJ/– ITRS 2011年版の日本語訳（過去の版の和訳もあり）– ITRSの過去の版（英文）へのリンク– STRJ（半導体技術ロードマップ専門委員会）の活動情報

関連ｗｅｂサイトのURLさらに詳しい資料については下記を参照願います

22

http://www.itrs.net/

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