全球半导体技术发展路线图
国际半导体技术发展路线图
国际半导体技术发展路线图为了回答如何保持半导体产业按照摩尔定律继续发展的问题，国际上主要的半导体协会共同组织制定了国际半导体技术发展路线图ITRS《International technology roadmap for semiconductors》它为半导体产业界提供了被工业界广泛认同的；对未来十年内研发需求的最佳预测以及可能的解决方案，它对整个半导体茶叶需要开发什么样的技术起到了一个导向作用。
国际半导体技术发展路线图一、半导体产业生态环境半导体产业诞生于上世纪70年代，当时主要受两大因素驱动：一是为计算机行业提供更符合成本效益的存储器；二是为满足企业开发具备特定功能的新产品而快速生产的专用集成电路。
到了80年代，系统规范牢牢地掌握在系统集成商手中。
存储器件每3年更新一次半导体技术，并随即被逻辑器件制造商采用。
在90年代，逻辑器件集成电路制造商加速引进新技术，以每2年一代的速度更新，紧跟在内存厂商之后。
技术进步和产品性能增强之间不寻常的强相关性，使得相当一部分系统性能和利润的控制权转至集成电路（IC）制造商中。
他们利用这种力量的新平衡，使整个半导体行业收入在此期间年均增速达到17%。
21世纪的前十年，半导体行业全新的生态环境已经形成：一是每2年更新一代的半导体技术，导致集成电路和数以百万计的晶体管得以高效率、低成本地生产，从而在一个芯片上或同一封装中，可以以较低的成本整合极为复杂的系统。
此外，封装技术的进步使得我们可以在同一封装中放置多个芯片。
这类器件被定义为系统级芯片（system on chip，SOC）和系统级封装（system in package， SIP）。
二是集成电路晶圆代工商能够重新以非常有吸引力的成本提供“新一代专用集成电路”，这催生出一个非常有利可图的行业——集成电路设计。
三是集成电路高端设备的进步带动了相邻技术领域的发展，大大降低了平板显示器、微机电系统传感器、无线电设备和无源器件等设备的成本。
以前瞻性技术预见等战略分析工具支撑关键核心技术的战略突破集成电路领域案例
12020年11月NOV .2020今日科苑MODERN SCIENCE1. 引言科技活动本质上是知识创造活动[1]。
随着科技发展方向的不确定性和复杂性日益增加，国家和地区发展均面临资源有限挑选条件下的关键技术预测、选择以及优化的问题。
运用科学的、具有广泛共识的政策支撑方法识别、遴选和规划前瞻性技术的发展、规划知识创造活动的必要性和有效性已经达成国际共识。
众多发达国家的发展经验证实：“技术预见”及“类预见”活动无疑是一种有效的政策和战略管理工具，其对政策问题识别、政策方案产生与选择、征求意见与修订政策方案的科学支撑和资源优化配置的作用不可忽视[1]。
关于技术预见在政策制定中的功能（function ），Da Costa 等[2]认为基本包含六项：① 为政策提供信息（informing policy ），旨在为政策设计和思考提供知识基础；② 促进政策实施（facilitating policy implementation ），即技术预见通过建立对当前形势和未来挑战的共识及构摘 要：本文深入分析了国际半导体技术发展路线图（ITRS ）在引领全球集成电路产业创新发展中的成功经验，旨在回答如何实现技术预见与产业战略发展和支撑政策制定过程深度融合，发挥技术预见等工具在不断修正对长期性、战略性领域未来发展趋势认识和支撑关键领域突破创新实践上的作用。
在此基础上，对我国技术预见与前瞻性技术战略布局、政策制定的趋势发展提出三个思考：一是如何在国家产业技术创新政策决策过程提升战略与系统思维；二是有效整合技术预见与其他决策咨询工具支撑政策全过程；三是以技术预见为核心，构建政府产业技术创新决策咨询分布式网络体系。
关键字：前瞻性技术，技术预见，战略管理，集成电路以前瞻性技术预见等战略分析工具支撑关键核心技术的战略突破：集成电路领域案例余 江1,2，管开轩1,2*，张 越1,2，宋昱晓1,3,4（1 中国科学院科技战略咨询研究院，北京 100190；2 中国科学院大学公共政策与管理学院，北京 100049；3 中国科学院大学 中丹学院，北京 100049；4 中国-丹麦科研教育中心，北京 100049）作者简介：余 江，男，博士，教授，研究员，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院大学公共政策与管理 学院，博士生导师，研究方向为国家科技政策、新兴技术与产业化、产业创新管理与竞争战略。
后摩尔时代半导体产业发展方向及启示
超越“摩尔定律”的提出 “超越摩尔定律”（More than Moore） 2005 年国际半导体技术路线图（ITRS）提出
后摩尔时代发展方向
发展方向之一-新材料 可替代硅的材料 要求：计算速度不亚于硅，但发热量要显著低于硅，并可提供足够的电子迁移率 碳基材料：石墨烯和碳纳米管
石墨烯： 2004 年由英国曼彻斯特大学首次发现。 呈二维蜂窝网格形状，厚度只有 1 个碳原子直径大小。 具有良好的电学性能和力学性能：电阻率比硅低，电子迁移率可达光速的 1/300，比在硅中快近 100 倍。 碳纳米管： 1991 年由日本筑波 NEC 实验室首次发现。 单壁碳纳米管的载流子能力高达 109A/cm2，是铜导线的 1000 倍。 卓越的电气特性和直径仅为 1 至 2 纳米的超小体积，在极短的沟道长度内也能保持对电流的闸门控 制。 发展方向之一-新材料 碳基材料：石墨烯和碳纳米管 最大制约因素：大规模精确排列。 碳纳米管已先于石墨烯发展。 2013 年，斯坦福大学采用同硅 CMOS 完全兼容的工艺实现研制出世界首个碳纳米管场效应晶体管计算 机原型芯片，面积仅为 6.5mm2，由 178 个碳纳米管场效应晶体管构成。
后摩尔时代半导体产业发展方向及启示
概要 “摩尔定律”即将终结 ·2016 年 3 月《自然》杂志： ·受经济和技术两大因素影响，“摩尔定律”即将终结 ·2016 年 4 月，美国英特尔公司： ·无力继续遵循“摩尔定律”，特征尺寸节点的更替将由两年变为三年一代 后摩尔时代半导体产业发展方向 ·新器件 ·新集成 ·新范式 “摩尔定律”即将终结 摩尔定律 1948 年晶体管发明。 1958 年集成电路诞生。 1965 年美国英特尔公司联合创始人之一的戈登·摩尔提出“摩尔定律”。 在价格不变的情况下，集成电路上可容纳的元器件数目每隔约 18～24 个月便会增加一倍，性能也提 升一倍。 一直引领和推动着全球半导体产业的发展。
IPC国际技术路线图介绍
• 增加了 HDI 仿真器模型
– 四个仿真器平台 » Interposer » 模组 » 便携/消费类 » 工业/军事/非消费类
IPC 2008 / 2009 路线图的新内容
• 提出了元器件对PCB的影响 – 如触点凸起的倒装片基板（微柱）
• 增加了光电子基板 • 增加了嵌入技术 • IPC 标准章节更新
Chemical Industry of the Future
Held in conjunction with the
National Workshop on Process Waste ReductiTonechnology
vi a Separati on Technologies and Separati on
Lithography 光刻
Interconnect 互联
Front – End Processes 前-后端工艺 Factory Integration 工厂集成
TIME
国际化程度
ITRS – 在所有路线图中，ITRS 路线图的国际化程度最高。 在欧洲，韩国，北美和日本都有工作组，各自举行工作组 会议。
TIME
半导体工业协会 (SIA) 从1992年起发布路线图。 工作组活跃在世界各地，国际化程度最高。纵观 过去15年的历史，预测半导体工业的发展趋势。 来自于欧洲，日本，韩国，香港台湾，以及美 国的专家参与，保证了 ITRS 路线图对半导体 行业的指导作用的客观性。
ITRS, Process Layout Roadmap
“企业路线图” 则大多会指定具体的解决方案
技术路线图的种类
• 产品技术路线图 - 最常见
由产品、工艺需求驱动，受 “技术发展的推动” 或 “市场需求的拉动”
国际器件与系统路线图对半导体工厂集成标准化的启示
国际器件与系统路线图对半导体工厂集成标准化的启示发布时间：2023-02-02T09:16:14.889Z 来源：《当代电力文化》2022年18期作者：何旻哲[导读] 2022版国际器件与系统路线图中的工厂集成白皮书对半导体行业未来的工业化发展提供了标准应用建议以及标准化趋势预测何旻哲广东省标准化研究院摘要：2022版国际器件与系统路线图中的工厂集成白皮书对半导体行业未来的工业化发展提供了标准应用建议以及标准化趋势预测，对于我国的半导体标准化活动具有重要的借鉴意义。
关键词：半导体工厂集成路线图标准化1 概述国际器件与系统路线图（International Roadmap for Devices and Systems，IRDS），前身为美国半导体工业协会（SIA）联合日本、欧洲、韩国、台湾的半导体工业协会制作的国际半导体技术发展路线图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS），后于2017年由美国电气与电子工程师协会（IEEE）接手并改名。
路线图分为摘要版、详细版以及总体路线图技术特征总表，供高层决策者、企业和科研人员参考，同时在每个版本中不断引入新的章节，以更好反映技术发展新态势和行业发展新动向[1]。
路线图旨在从宏观上总结行业发展态势，并对产业链具体环节展开分析，评估和预测全球半导体工业未来15年的技术走向，为企业和学术团队的研发工作提供从战略到技术上的指导。
本文根据2022版国际器件与系统路线图的“工厂集成（Factory Integrate，FI）”章节白皮书，摘录了FI焦点工作组对半导体行业发展的标准应用建议，以及对关联领域标准化趋势的预测。
2 困难与挑战根据国际器件和系统路线图，目前到2025年为止半导体行业需要面临的挑战主要包括工厂和设备在可靠性、产能、产率和生产成本方面的要求。
其中仍需解决的问题包括：通过对法律和商业指南的标准化实现价值共享，通过各方合作（例如背景数据共享和行业专家合作）提出提高产能、产率和可靠性的实际方案，并以衍生知识产权的形式使各方受益；制定关于关键零部件供应链可追溯性的标准，从而更好地认识零件的使用寿命、适用性或稳健性；提供标准的最佳实施方案，以便于供应商根据零部件的退化特性，进一步开展故障的跟踪和预测。
集成电路科学与工程导论 第三章 集成电路晶体管器件
发展趋势-摩尔定律
「按比例缩小定律」（英文：Scaling down）“比例缩小”是指，在电场 强度和电流密度保持不变的前提下，如果MOS-FET的面积和电压缩小到 1/2，那么晶体管的延迟时间将缩短为原来的1/2，功耗降低为原来的1/2。 晶体管的面积一般为栅长(L)乘以栅宽(W)，即尺寸缩小为原来的0.7倍：
仅变得越来越小，在器件结构和材料体系上也经过了多次重大变革
集成电路器件发展趋势
国际半导体技术蓝图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS）
目录
一．晶体管器件概述 二．金属-氧化物-半导体场效应晶
体管技术 三．绝缘体上晶体管技术 四．三维晶体管技术 五．其他类型晶体管器件
环栅场效应晶体管
「环栅场效应晶体管」（英文：GAAFET） 技术的特点是实现了栅极对沟道的四面包 裹，源极和漏极不再和基底接触，而是利 用线状或者片状（平板状）的多个源极和 漏极垂直于栅极横向放置，实现MOSFET 的基本结构和功能
栅极G
栅极G
硅
硅 (a)
纳米线
硅 (b)
纳米片
平面型 垂直型
互补场效应管
栅极G
n+
e-
n+
p-衬底 (a)
栅极G
n+
e-
n+
氧化物埋层（BOX）
p-衬底 (b)
优势：氧化物埋层降低了源极和漏极之间的寄生电容，大幅降低了会影响器件 性能的漏电流；具有背面偏置能力和极好的晶体管匹配特性，没有闩锁效应， 对外部辐射不敏感，还具有非常高的晶体管本征工作速度等；
挑战：存在一定的负面浮体效应；二氧化硅的热传导率远远低于硅的热传导率 使它成为一个天然“热障” ，引起自加热效应；成本高昂。
一个时代的终结
Engineering 2 (2016) xxx–xxxNews & FocusContents lists available at ScienceDirectjo u rn a l h om e pag e: w w w.else /locate/engEngineering一个时代的终结Lance A. DavisSenior Advisor, US National Academy of Engineering许多人都撰写过有关摩尔定律即将消亡和集成电路芯片晶体管密度将呈指数级扩展的文章。
当我们在思索这一即将到来的转变所带来的后果时，我们应该适当花些时间去关注在2016年3月21日逝世的享年79岁的安迪•格鲁夫。
1987年至1998年，格鲁夫担任英特尔公司的首席执行官(CEO)，之后，作为戈登•摩尔的继任者担任该公司的董事长，直到2005年。
和其他人一样，格鲁夫负责将摩尔定律和信息革命变成现实。
安迪•格鲁夫的人生十分引人关注，很多人都说是传奇式的。
在逃离了二战大屠杀和经历了匈牙利11年的政治动荡后，他以移民的身份逃到了美国，身无分文，不会说英语，并且还患有由于儿童时期的疾病导致的听力丧失。
但他成功地从纽约市立学院毕业，然后转到加利福尼亚大学伯克利分校，并于1963年在伯克利获得了化学工程博士学位。
此后不久，他加入了仙童半导体公司，并于1968年协助创立了英特尔。
显然，格鲁夫是一个令人敬畏的技术人才，但是他的专长似乎在管理方面。
这一点可以在1996年出版的《只有偏执狂才能生存》[1]一书中得到印证。
据他的CEO继任者克雷格•贝瑞特描述，他的管理方式就是采用激烈的个人竞争，这在当事者看来就像是被木板击中头部。
许多管理顾问或心理学家可能会说，这种方法过于极端，但正是这种方法多次将英特尔从灾难的边缘拉回来，使其成为历史上最成功的公司之一，成为计算机行业微处理器芯片的主要供应商。
成功并不总是等同于正确。
Intel2025年制程路线图：4nm、3nm、20A和18A？！
Intel2025年制程路线图：4nm、3nm、20A和18A？！在英特尔Accelerated 活动中，英特尔表⽰正在考虑到 2025 年的⽬标。
⾸席执⾏官 Pat Gelsinger在今年早些时候表⽰，英特尔将在 2025 年重返产品领导地位，但⼀直没有解释如何实现。
直到今天，英特尔披露了其到 2025 年的未来五代⼯艺节点技术的路线图。
英特尔相信它可以采取积极的战略来匹配并超越其代⼯竞争对⼿，同时开发新的封装服务为外部客户开展代⼯业务。
最重要的是，英特尔重命名了其⼯艺节点。
以下是英特尔今天的披露的路线图。
技术⽤于⽣产和进⼊零售之间是有区别的；英特尔将某些技术称为“准备就绪”，⽽其他技术则称为“加速”，因此这个时间表只是提到的那些⽇期。
正如您想象的那样，每个⼯艺节点都可能存在数年，此图只是展⽰了英特尔在给定时间的领先技术。
英特尔定义了⼀个强⼤的未来：台积电是否⾯临风险？今年早些时候，⾸席执⾏官 Pat Gelsinger 宣布了英特尔的新 IDM 2.0 战略，包括三个要素：1.建⽴ (7nm)2.扩张（台积电）3. 产业化（英特尔代⼯服务）这⾥的⽬标是继续致⼒于英特尔的⼯艺节点技术开发，超越⽬前⽣产中的当前 10nm 设计，但同时使⽤合作伙伴（或竞争对⼿）的其他代⼯服务来重新获得/保持英特尔在其处理器中的地位的公司收⼊。
第三个要素是 IFS，即英特尔的代⼯服务，英特尔正在⼤⼒承诺向外部半导体业务开放其制造设施。
⽀撑建⽴和产业化⽬标的是英特尔如何执⾏⾃⼰的⼯艺节点开发。
虽然在英特尔最近的 2021 年第三季度财报电话会议中，⾸席执⾏官 Gelsinger 证实，英特尔现在每天⽣产的 10nm 晶圆⽐ 14nm 晶圆多，这标志着两种设计之间的信⼼发⽣转变，但英特尔难以从 14nm ⼯艺过渡到其 10nm ⼯艺已不是什么秘密。
今年 6 ⽉ 29 ⽇，英特尔还表⽰，其下⼀代 10nm 产品需要额外的验证时间，以简化 2022 年在企业系统上的部署。
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全球半导体技术发展路线图一、半导体产业生态环境半导体产业诞生于上世纪70年代，当时主要受两大因素驱动：一是为计算机行业提供更符合成本效益的存储器；二是为满足企业开发具备特定功能的新产品而快速生产的专用集成电路。
到了80年代，系统规范牢牢地掌握在系统集成商手中。
存储器件每3年更新一次半导体技术，并随即被逻辑器件制造商采用。
在90年代，逻辑器件集成电路制造商加速引进新技术，以每2年一代的速度更新，紧跟在内存厂商之后。
技术进步和产品性能增强之间不寻常的强相关性，使得相当一部分系统性能和利润的控制权转至集成电路（IC）制造商中。
他们利用这种力量的新平衡，使整个半导体行业收入在此期间年均增速达到17%。
21世纪的前十年，半导体行业全新的生态环境已经形成：一是每2年更新一代的半导体技术，导致集成电路和数以百万计的晶体管得以高效率、低成本地生产，从而在一个芯片上或同一封装中，可以以较低的成本整合极为复杂的系统。
此外，封装技术的进步使得我们可以在同一封装中放置多个芯片。
这类器件被定义为系统级芯片（system on chip，SOC）和系统级封装（system in package， SIP）。
二是集成电路晶圆代工商能够重新以非常有吸引力的成本提供“新一代专用集成电路”，这催生出一个非常有利可图的行业——集成电路设计。
三是集成电路高端设备的进步带动了相邻技术领域的发展，大大降低了平板显示器、微机电系统传感器、无线电设备和无源器件等设备的成本。
在此条件下，系统集成商再次控制了系统设计和产品集成。
四是互联网应用和移动智能终端的崛起，带动了光纤电缆的广泛部署和多种无线技术的发展，实现前所未有的全球移动互联。
这个生态系统创造了“物联网”这一新兴的市场，而创新的产品制造商、电信公司、数据和信息分销商以及内容提供商正在争夺该市场的主导权。
半导体是上述所有应用的基石，所有的创新离不开半导体产业的支持。
二、全球半导体技术发展路线上世纪60年代后期，硅栅自对准工艺的发明奠定了半导体规格的根基。
摩尔1965年提出的晶体管每两年一次的更新换代的“摩尔定律”，以及丹纳德1975年提出的“丹纳德定律”，促进了半导体产业的成长，一直到21世纪初，这是传统几何尺寸的按比例缩小（Classical Geometrically Driven Scaling）时代。
进入等效按比例缩小（Equivalent Scaling）时代的基础是应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管、化合物半导体等技术，这些技术的实现支持了过去十年半导体产业的发展，并将持续支持未来产业的发展。
（一）器件信息处理技术正在推动半导体产业进入更宽广的应用领域，器件成本和性能将继续与互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor， CMOS）的维度和功能扩展密切相关。
应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管现已广泛应用于集成电路的制造，进一步提升器件性能的重点将在III-V族元素材料和锗。
与硅器件相比，这些材料将使器件具有更高的迁移率。
为了利用完善的硅平台的优势，预计新的高迁移率材料将在硅基质上外延附生。
2D Scaling最终将在2013国际半导体技术路线图（ITRS）期间达到其基本限制，无论是逻辑器件还是存储器件正在探索如何使用垂直维度（3D）。
3D设备架构和低功率器件的结合将开启“3D 能耗规模化（Power Scaling）”时代，单位面积上晶体管数量的增加将最终通过多层堆叠晶体管来实现。
遗憾的是，互连方面没有新的突破，因为尚无可行的材料具有比铜更低的电阻率。
然而，处理碳纳米管、石墨烯组合物等无边包裹材料（edgeless wrapped materials）方面的进展为“弹道导体”（ballistic conductor）的发展提供基础保障，这可能将在未来十年内出现。
多芯片的三维封装对于减少互联电阻提供了可能的途径，主要是通过增加导线截面（垂直）和减少每个互连路径的长度。
然而，CMOS或目前正在研究的等效装置（equivalent device）的横向维度扩展最终将达到极限。
未来半导体产品新机会在于：一是通过新技术的异构集成，扩展CMOS平台的功能；二是开发支持新一代信息处理范式的设备。
（二）系统集成系统集成已从以数据运算、个人电脑为中心的模式转变为高度多样化的移动通信模式。
集成电路设计正从以性能驱动为目标向以低耗驱动为目标转变，使得多种技术在有限空间内（如GPS、电话、平板电脑、手机等）可以异构集成，从而彻底改变了半导体产业。
简言之，过去，性能是独一无二的目标；而今，最小化功耗的目标引领集成电路设计。
系统级芯片和系统级封装的产品已成为半导体产业的主要驱动力。
过去的几年，智能手机和平板电脑的产量已经超过微处理器的产量。
异构集成的基础依赖于“延伸摩尔”（More Moore， MM）设备与“超越摩尔”（More than Moore，MtM）元素的集成。
举例来说，目前，微机电系统（MEMS）设备被集成到汽车、视频投影仪、平板电脑、智能手机和游戏平台等各种类型系统中。
一般情况下，MEMS设备为系统添加了有用的功能，增强系统的核心功能。
例如，智能手机上的MEMS加速度计可检测手机的垂直方向，并旋转图像显示在屏幕上。
通过MEMS引入的附加功能改善了用户界面，但手机没有它仍然可以运行。
相比之下，如果没有MEMS设备，基于数字光投影技术（digital light projector， DLP）的录像机和喷墨打印机将无法正常工作。
多模传感技术也已成为移动设备的组成部分，成为物联网的关键推动力量。
数字型数据（digital data）和连接技术的迅速进步为医疗服务带来变革。
硅、微机电系统和光学传感技术正在使这一革命成为可能。
移动手机已经可以提供大量的健康信息。
加速度计可以跟踪运动和睡眠，当用户触摸手机时，内置光传感器可以感知心脏速率。
在手机的摄像头可以被用于不同的目的，比如检查食品的卡路里含量，或基于人脸表情识别自己的情绪。
广泛的手机应用已经发展到能够分析这些数据，并用易于理解和操作的方式反馈给消费者。
综观未来7-15年（到2020年以后）设备和系统的发展，基于全新原理的设备将支持全新的架构。
例如，自旋波设备（spin wave device， SWD）是一种磁逻辑器件，利用集体旋转振荡（自旋波）进行信息传输和处理。
自旋波设备将输入电压信号转换成的自旋波，计算自旋波，将自旋波输出转换成电压信号。
在一个单核心结构中，对多重频率的大规模并行数据处理能通过开辟每个频率为不同的信息通道，以非常低的功率来进行。
此外，一些新设备推动新架构的创造。
例如，存储级存储器（storage-class memory，SCM）是一种结合固态存储器（高性能和鲁棒性）、归档功能和常规硬盘磁存储的低成本优点的设备。
这样一个设备需要一个非易失性存储器（nonvolatile memory，NVM）技术，能以一个非常低的成本制造每比特储存空间。
（三）制造受维度扩展的驱动，集成电路制造的精度将在未来15年内达到几纳米级别。
运用任何技术测量晶片上的物理特性已经变得越来越困难，通过关联工艺参数和设备参数将基本实现这个任务。
通过控制设备稳定性和工艺重现性，对特征尺寸等过程参数的精确控制已经能够完成。
晶圆厂正在持续地受数据驱动，数据量、通信速度、数据质量、可用性等方面的要求被理解和量化。
晶圆片由300毫米向450毫米转型面临挑战。
应着眼于对300毫米和450毫米共性技术的开发，450毫米技术的晶圆厂将因适用300毫米晶圆片的改进技术而受益。
系统级芯片和系统级封装集成将持续升温。
集成度的提高推动测试解决方案的重新整合，以保持测试成本和产品质量规格。
优化的测试解决方案可能需要访问和测试嵌入式模块和内核。
提供用于多芯片封装的高品质晶粒的已知好芯片（KGD）技术也变得非常重要，并成为测试技术和成本折中的重要部分。
三、重大挑战（一）短期挑战（现在到2020年）：性能提升1、逻辑器件平面型互补金属氧化物半导体（CMOS）的传统扩展路径将面临性能和功耗方面的严峻挑战。
尽管有高介电金属闸极（high-k/metalgate,HKMG）的引入，等效栅氧化层厚度（equivalent gate oxide thickness,EOT）的减少在短期内仍具有挑战性。
高介电材料集成，同时限制由于带隙变窄导致的栅极隧穿电流增加，也将面临挑战。
完整的栅极堆叠材料系统需要优化，以获取最佳的器件特性（功率和性能）和降低成本。
新器件结构，如多栅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）和超薄全耗尽型绝缘层上硅（FD-SOI）将出现，一个极具挑战性的问题是这些超薄金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）的厚度控制。
解决这些问题应与电路设计和系统架构的改进并行进行。
一些高迁移率材料，如锗和III-V族元素已被认为是对CMOS逻辑应用中硅通道的升级或替换。
具有低体陷阱和低电能漏损，非钉扎费米能级（unpinned Fermi level）、低欧姆接触电阻的高介电金属栅极介质是面临的主要挑战。
2、存储器件动态随机存取存储器（DRAM）的挑战在于，在特征尺寸减少、高介电介质应用、低漏电存取器件设计，以及用于位线和字线的低电阻率材料条件下，具有合适的存储电容。
为了增加位元密度和降低生产成本，4F型单元的驱动器需要高纵横比和非平面晶体管结构。
闪存已成为关键尺寸缩放、材料和加工（光刻、腐蚀等）技术等前端工艺（Front End Of Line, FEOL）技术的新驱动力。
短期内，闪存密度的持续发展依赖于隧道氧化层（Tunnel Oxide）的厚度变薄以及电介质集成度。
为了保证电荷维持和耐久的要求，引进高介电材料将是必要的。
超过256 GB的3-D NAND闪存维持性价比的同时保证多层单元（Multi Level Cell, MLC）和一定的可靠性能，仍然是一个艰巨的挑战。
新的挑战还包括新内存类型制造的演进，以及新的存储器概念，比如磁性随机存取存储器（MRAM）、相变存储器（PCM）、电阻式随机存取存储器（ReRAM）和铁电式随机存取存储器（FeRAM）。
3、高性能、低成本的射频和模拟/混合信号解决方案推动无线收发器集成电路和毫米波应用中采用CMOS技术（高介电介质和应变工程）可能需要保持器件失配和1/f 噪声在可接受范围的技术。
其他挑战还有整合更便宜且高密度集成的无源组件，集成有效硅和片外无源网络工艺的MEMS，基于低成本非硅（氮化镓）器件的开发。
随着芯片复杂性和操作频率的增加而电源电压的降低，芯片上数字和模拟区域的信号隔离变得越来越重要。
降噪可能需要更多创新，例如通过技术设计，解决每厘米千欧姆级别的高电阻率基底的电源供应和连接地线问题。