中國科學院近日發表一項新型全環繞式閘極(GAA)電晶體架構,聲稱即便使用較舊的深紫外光(DUV)微影裝置,也有望達到媲美3奈米節點的等效效能。該架構的開關比突破50萬倍,展現出優異的電流控制能力,可望改善先進製程中常見的漏電問題。
在美國出口管制持續收緊、中國無法取得極紫外光(EUV)機台的背景下,DUV仍是中國半導體產線的主力工具。產業界一般認為,DUV即使搭配多重曝光與浸潤式技術,量產極限大多落在7奈米級別。中科院此次提出的新架構,試圖通過調整電晶體間距與結構設計,為DUV路線突破物理限制、邁向更先進節點開啟理論空間。
不過,業界專家指出,這項突破目前仍停留在技術可行性驗證層面,並不代表中國已具備完整的3奈米量產能力。新架構主要解決的是前段製程(FEOL)的電晶體成型問題;至於後續的中段(MEOL)與後段製程(BEOL),尤其是關鍵的金屬互連與最底層的M0佈線,仍是難以跨越的技術鴻溝。受限於金屬佈線的物理瓶頸,即便匯入新型GAA電晶體,實際能達到的整體晶片密度預估最高僅勉強達到5奈米等級。
有分析人士在社交平台上進一步拆解了其中的工程邏輯:一旦FEOL的鰭片間距能通過GAA設計獲得放寬,即便中芯國際的多晶矽間距受制於中段製程,仍可通過將M0軌道數從5條(N+3)縮減至4條來壓縮單元高度,從而有望實現G57H198或G54H198這類密度約137.8、屬於N5級別的方案。這一推演說明,架構層面的微縮空間確實存在,但每一步都受制於前後段製程的整體協同。
相較於傳統的鰭式場效電晶體(FinFET),GAA設計能更精準地控制電流。若能在此基礎上進一步微縮邏輯單元高度,理論上確實有助於推升晶片的總體密度。對中國半導體產業而言,這項研發成果至少傳達了一個訊號:在徹底斷絕EUV裝置的情況下,中國正試圖通過底層材料與架構的創新,持續挖掘DUV技術的最終潛能。
從產業鏈角度看,這一進展的意義更多在於技術路線的探索方向,而非短期內可落地的量產方案。前段電晶體結構的創新固然重要,但晶片效能與密度最終取決於前段、中段、後段製程的整體配合,尤其是金屬互連環節的突破。中科院此次成果為DUV路線的延壽提供了新的理論依據,但從實驗室驗證到產線量產之間,仍有大量工程難題待解。