Intel、TSMC及三星三大半導(dǎo)體工廠今年將量產(chǎn)10nm工藝,他們中進(jìn)度快的甚至準(zhǔn)備在明年上馬7nm工藝,2020年前后則要推出5nm工藝。但是隨著制程工藝的升級(jí),半導(dǎo)體工藝也越來(lái)越逼近極限了,制造難度越來(lái)越大,5nm之后的工藝到現(xiàn)在為止都沒有明確的結(jié)論,晶體管材料、工藝都需要更新。在這一點(diǎn)上,美國(guó)又走在了前列,美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研人員日前宣布實(shí)現(xiàn)了1nm工藝制造。

有報(bào)道稱,美國(guó)能源部(DOE)下屬的布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研人員日前宣布創(chuàng)造了新的世界記錄,他們成功制造了尺寸只有1nm的印刷設(shè)備,使用還是電子束印刷工藝而非傳統(tǒng)的光刻印刷技術(shù)。

創(chuàng)造1nm工藝技術(shù)的團(tuán)隊(duì),圖中的女性名叫Lihua Zhang(諧音張麗華,大概是個(gè)是華人或者華裔)

這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的科研人員創(chuàng)造性地使用了電子顯微鏡造出了比普通EBL(電子束印刷)工藝所能做出的更小的尺寸,電子敏感性材料在聚焦電子束的作用下尺寸大大縮小,達(dá)到了可以操縱單個(gè)原子的地步。他們?cè)斐龅倪@個(gè)工具可以極大地改變材料的性能,從導(dǎo)電變成光傳輸以及在這兩種狀態(tài)下交互。

他們的這項(xiàng)成就是在能源部下屬的功能納米材料中心完成的,1nm印刷使用的是STEM(掃描投射電子顯微鏡),被隔開11nm,這樣一來(lái)每平方毫米就能實(shí)現(xiàn)1萬(wàn)億個(gè)特征點(diǎn)(features)的密度。通過偏差修正STEM在5nm半柵極在氫氧硅酸鹽類抗蝕劑下實(shí)現(xiàn)了2nm分辨率。

PS:這些技術(shù)聽上去激動(dòng)人心,不過實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的技術(shù)并不代表能很快商業(yè)化,布魯克海文實(shí)驗(yàn)室的1nm工藝跟目前的光刻工藝有很多不同,比如使用的是電子束而非激光光刻,所用的材料也不是硅基半導(dǎo)體而是PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)之類的,下一步他們打算在硅基材料上進(jìn)行嘗試。

事實(shí)上這也不是科學(xué)家第一次實(shí)現(xiàn)1nm級(jí)別的工藝,去年美國(guó)能源部下屬的另一個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室——?jiǎng)趥愃共死麌?guó)家實(shí)驗(yàn)室也宣布過1nm工藝,他們使用的是納米碳管和二硫化鉬等新材料。同樣地,這項(xiàng)技術(shù)也不會(huì)很快投入量產(chǎn),因?yàn)樘技{米管晶體管跟這里的PMMA、電子束光刻一樣跟目前的半導(dǎo)體工藝有明顯區(qū)別,要讓廠商們一下子全部淘汰現(xiàn)有設(shè)備,這簡(jiǎn)直是不可能的。