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国产3nm半导体工艺又刷屏了 先别沸腾了:量产还需多年

  今天有多家媒体报道了中国科研人员实现了3nm半导体工艺的突破性进展,香港《南华早报》称中科院微电子所团队的殷华湘等人研究出了3nm晶体管,相当于人类DNA链条宽度,这种晶体管解决了玻尔兹曼热力学的限制。

  在中国半导体芯片正在被美国卡脖子的今天,国内科研人员实现3nm晶体管技术具有重要意义,南华早报在文章中也提到了该技术的意义——过去我们只能看着别人竞赛,现在可以参与这场竞赛了。

  不过这个技术具体如何呢?找了下,南华早报的新闻源是中科院微电子所的通告,官方介绍的内容如下:

  现有硅基晶体管受玻尔兹曼热力学限制,室温下亚阈值摆幅SS60m/dec,阻碍了工作电压的继续降低。当集成电路技术进入5纳米及以下节点,随着集成度的持续增加,在维持器件性能的同时面临功耗急剧增加的严重挑战。

  先导中心殷华湘研究员的团队在主流后HKMG FinFET集成工艺的基础上,通过材料工艺优化和多栅器件电容匹配设计,结合高质量低界面态的3纳米铪锆金属氧化物薄膜,研制成功性能优异的NC-FinFET器件,实现了SS和阈值电压回滞分别为34.5m/dec和9m的500纳米栅长NC-FinFET器件,以及SS和阈值电压回滞分别为53m/dec和40m的20纳米栅长NC-FinFET器件。

  其中,500纳米栅长NC-FinFET器件的驱动电流比常规HfO2基FinFET器件(非NC-FinFET)提升了260%且电流开关比(Ion/Ioff)大于1x106,标志着微电子所在新型NC-FinFET器件的研制方面取得了重要进展。

  图1 (a)负电容FinFET基本结构;(b-c)三维器件沟道结构与铁电HZO膜层结构;(d-e)器件I-与SS特性;(f)最新器件性能国际综合对比(SS与回滞电压越小越好)

  官方通报里用词要严谨的多,提到的3nm实际上说的是3nm氧化物薄膜的厚度,没有确定说是3nm工艺,不过这个技术也确实是用于5nm节点之后的工艺中。

  不过这个所谓的负电容技术还是学术研究,南华报道中提到了殷华湘表示该技术具备应用实力,但是殷华湘也提到了这个技术距离商业化应用还有数年时间,团队还在致力于解决材料及质量控制等问题。

  简单来说,这次的国产突破3nm工艺报道依然是一项重要的学术进展,但在半导体工艺上这样的例子太多了,除非能很快量产并且具备更好的性能或者更低的成本,否则这些工艺很难取代现在的半导体技术。