中国科学院近日发表一项新型全环绕式闸极(GAA)晶体管架构,声称即便使用较旧的深紫外光(DUV)微影设备,也有望达到媲美3纳米节点的等效性能。该架构的开关比突破50万倍,展现出优异的电流控制能力,可望改善先进制程中常见的漏电问题。

在美国出口管制持续收紧、中国无法取得极紫外光(EUV)机台的背景下,DUV仍是中国半导体产线的主力工具。产业界一般认为,DUV即使搭配多重曝光与浸润式技术,量产极限大多落在7纳米级别。中科院此次提出的新架构,试图通过调整晶体管间距与结构设计,为DUV路线突破物理限制、迈向更先进节点打开理论空间。

不过,业界专家指出,这项突破目前仍停留在技术可行性验证层面,并不代表中国已具备完整的3纳米量产能力。新架构主要解决的是前段制程(FEOL)的晶体管成型问题;至于后续的中段(MEOL)与后段制程(BEOL),尤其是关键的金属互连与最底层的M0布线,仍是难以跨越的技术鸿沟。受限于金属布线的物理瓶颈,即便导入新型GAA晶体管,实际能达到的整体芯片密度预估最高仅勉强达到5纳米等级。

有分析人士在社交平台上进一步拆解了其中的工程逻辑:一旦FEOL的鳍片间距能通过GAA设计获得放宽,即便中芯国际的多晶硅间距受制于中段制程,仍可通过将M0轨道数从5条(N+3)缩减至4条来压缩单元高度,从而有望实现G57H198G54H198这类密度约137.8、属于N5级别的方案。这一推演说明,架构层面的微缩空间确实存在,但每一步都受制于前后段制程的整体协同。

相较于传统的鳍式场效晶体管(FinFET),GAA设计能更精准地控制电流。若能在此基础上进一步微缩逻辑单元高度,理论上确实有助于推升芯片的总体密度。对中国半导体产业而言,这项研发成果至少传达了一个信号:在彻底断绝EUV设备的情况下,中国正试图通过底层材料与架构的创新,持续挖掘DUV技术的最终潜能。

从产业链角度看,这一进展的意义更多在于技术路线的探索方向,而非短期内可落地的量产方案。前段晶体管结构的创新固然重要,但芯片性能与密度最终取决于前段、中段、后段制程的整体配合,尤其是金属互连环节的突破。中科院此次成果为DUV路线的延寿提供了新的理论依据,但从实验室验证到产线量产之间,仍有大量工程难题待解。