臺積電1nm工藝最新消息:硅片觸及物理極限

當有一個新技術、新工藝出現時，先是不急著推向市場，而是讓上一代技術充分利用價值，盈利后，再來擇機上市。前段時間IBM公布了2nm工藝技術路線，讓人倍感振奮。雖然摩爾定律速度放緩，但硅晶片微縮的前景依然廣闊。不過，2nm之后就是1.5nm、1nm，硅片觸及物理極限。日前，臺大、臺積電和麻省理工共同發布研究成果，首度提出利用半金屬Bi作為二維材料的接觸電極。

半導體主流制程主要采用硅作為主流材料。然而，隨著摩爾定律不斷延伸，芯片制程不斷縮小，芯片單位面積能容納的電晶體數目，也將逼近半導體主流材料硅的物理極限。

盡管科學界對二維材料寄予厚望，卻苦于無法解決二維材料高電阻、低電流等問題，以至于取代硅成為新興半導體材料始終是空中樓閣。可見，此次利用半金屬鉍（Bi）作為二維材料的接觸電極可謂是邁向1nm甚至更先進制程的關鍵一步。

IBM剛剛宣布突破2nm“理論工藝”不到兩周，老大哥臺積電就出手了，美國知名科技雜志——《自然》公布了臺積電、臺灣大學、麻省理工學院聯合研發研發的半導體新材料——鉍，這是一種有望突破摩爾定律1nm極限的新材料！這種材料被作為二維材料的接觸電極，可以大幅度降低電阻并且提升電流，從而使其能效和硅一樣，實現未來半導體1nm工藝的新制程！

它可以大幅降降低電阻并提高電流，使其效能媲美硅材料，有助于半導體行業應對未來1納米世代的挑戰。

論文中寫道，目前硅基半導體已經推進到5nm和3nm，單位面積容納的晶體管數量逼近硅材料物理極限，效能無法逐年顯著提升。此前，二維材料被業內寄予厚望，卻始終掣肘于高電阻、低電流等問題。

此次三方合作中，麻省理工是半金屬鉍電極發現者，臺積電將鉍（Bi）沉積制程進行優化，臺大團隊運用氦離子束微影系統（Helium-ion beam lithography）將元件通道成功縮小至納米尺寸，終于大功告成，耗時長達一年半的時間。

4月下旬的時候臺積電更新了其制程工藝路線圖，稱其4納米工藝芯片將在2021年底進入“風險生產”階段，并于2022年實現量產；3納米產品預計在2022年下半年投產， 2納米工藝正在開發中。

責編：editorAlice