Τεράστιο άλμα σημειώνει η Κίνα στον τομέα των ημιαγωγών, καθώς Κινέζοι ερευνητές παρουσίασαν μια νέα μέθοδο για την κατασκευή GAA Transistors σε επίπεδα κάτω από τα 3nm, χρησιμοποιώντας DUV (Deep Ultraviolet) λιθογραφία αντί για EUV. Η εξέλιξη αυτή συγκεντρώνει τεράστιο ενδιαφέρον, καθώς η Κίνα παραμένει αποκλεισμένη από τον προηγμένο EUV εξοπλισμό της ASML λόγω των αυστηρών κυρώσεων των ΗΠΑ.
Η έρευνα προέρχεται από το Institute of Microelectronics της Chinese Academy of Sciences (CAS) και παρουσιάστηκε από τον Ye Tianchun, επικεφαλής μηχανικό του κινεζικού National Major Special Project 02, στο συνέδριο IC WORLD στο Πεκίνο.
Παρόλο που δεν αποκαλύφθηκε ακόμα κάποιος εμπορικός επεξεργαστής στα 3nm, οι ερευνητές επέδειξαν τη βασική διαδικασία κατασκευής των προηγμένων αυτών chips. Η μέθοδος αυτή ενδέχεται να επιτρέψει στην Κίνα να αναπτύξει ανταγωνιστικούς επεξεργαστές χωρίς να εξαρτάται από τις αμερικανικές τεχνολογίες.
Πώς παρακάμπτει το EUV η Κίνα
Η λιθογραφία ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας (EUV) αποτελεί τη θεμελιώδη τεχνολογία για την παραγωγή των πιο σύγχρονων chips παγκοσμίως. Η παλαιότερη τεχνολογία DUV χρησιμοποιεί μεγαλύτερα μήκη κύματος φωτός, γεγονός που καθιστά εξαιρετικά δύσκολη την αποτύπωση δομών σε τόσο μικρές κλίμακες.
Για να ξεπεράσουν αυτούς τους περιορισμούς, οι ερευνητές της CAS συνδύασαν τη DUV λιθογραφία με την αρχιτεκτονική Gate-All-Around (GAA). Στη δομή αυτή, η πύλη περιβάλλει πλήρως το κανάλι του transistor, εξασφαλίζοντας πολύ καλύτερο έλεγχο της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος και περιορίζοντας τις διαρροές.
Η ομάδα χρησιμοποίησε κανάλια stacked nanosheets (πολύ λεπτά φύλλα πυριτίου τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο), επιτυγχάνοντας ένα πρώτο στάδιο ενσωμάτωσης της παραγωγικής διαδικασίας αποκλειστικά με εξοπλισμό DUV.
Οι πρώτες μετρήσεις δείχνουν ότι τα transistors λειτουργούν
Οι ερευνητές ανακοίνωσαν αναλογίες Ion/Ioff της τάξης των 9,7 × 10⁵ και 7,6 × 10⁵. Ο δείκτης αυτός φανερώνει πόσο αποτελεσματικά μπορεί να μεταβαίνει το transistor από την κατάσταση αγωγιμότητας (ON) στην κατάσταση αποκοπής (OFF).
Και οι δύο τιμές ξεπερνούν τον αρχικό στόχο των 5 × 10⁵ που είχε τεθεί για το πρόγραμμα, επιβεβαιώνοντας ότι η πειραματική δομή GAA λειτουργεί όπως προβλέπεται σε επίπεδο μεμονωμένου transistor.
Αυτό αποτελεί το πρώτο και δυσκολότερο βήμα στην πορεία για την κατασκευή ολοκληρωμένων chips στα 3nm.
Τα 3nm χρειάζονται προσοχή: Τι λείπει ακόμα
Η πιο σημαντική λεπτομέρεια είναι ότι η CAS δεν έχει δημοσιοποιήσει κρίσιμες γεωμετρικές παραμέτρους, όπως το gate pitch, το metal pitch, τις διαστάσεις των nanosheets ή τη συνολική πυκνότητα των transistors (transistor density). Χωρίς αυτά τα στοιχεία, είναι αδύνατον να γίνει άμεση σύγκριση με τις παραγωγικές διαδικασίες 3nm των TSMC, Samsung και Intel.
Λόγω των γεωπολιτικών εντάσεων, οι Κινέζοι ερευνητές είναι ιδιαίτερα προσεκτικοί με τον όγκο των τεχνικών πληροφοριών που αποκαλύπτουν. Αν και ένας λειτουργικός GAA transistor είναι τεράστιο επίτευγμα, η μετάβαση από το εργαστήριο στη μαζική παραγωγή ενός ολοκληρωμένου επεξεργαστή απαιτεί χρόνο.
Χωρίς περαιτέρω δεδομένα, δεν μπορούμε να γνωρίζουμε με ακρίβεια σε ποιο στάδιο βρίσκονται. Είναι πιθανό η διαδικασία να βρίσκεται σε στάδιο αρχικής ενσωμάτωσης (early-stage process integration) και όχι σε επίπεδο έτοιμο για παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Παραμένουν ανοιχτά κρίσιμα ζητήματα, όπως τα ποσοστά επιτυχούς απόδοσης (yields), η σταθερότητα και η επικύρωση σε επίπεδο ολόκληρου του wafer.
Τεράστια σημασία για την Κίνα
Η εξέλιξη αυτή αποδεικνύει ότι η Κίνα, παρά τις πιέσεις και τους περιορισμούς, βρίσκει εναλλακτικούς δρόμους καινοτομίας. Παραδόξως, οι αμερικανικές κυρώσεις λειτούργησαν ως καταλύτης για την εγχώρια ανάπτυξη τεχνολογιών αιχμής.
Αν η συγκεκριμένη προσέγγιση καταφέρει να περάσει από το εργαστήριο στη μαζική γραμμή παραγωγής, θα μπορούσε να μειώσει δραστικά την εξάρτηση της χώρας από τις μηχανές EUV της ASML και τη δυτική τεχνολογία γενικότερα.
Προς το παρόν, το ασφαλές συμπέρασμα είναι συγκεκριμένο: Η Κίνα κατάφερε να επιδείξει λειτουργικούς GAA transistors με DUV λιθογραφία σε μια διαδικασία που στοχεύει κάτω από τα 3nm, και όχι να παρουσιάσει ακόμα έναν έτοιμο, εμπορικό επεξεργαστή 3nm χωρίς EUV.
Με τη ματιά του Techmaniacs
Η προσπάθεια της Κίνας να φτάσει τα 3nm χρησιμοποιώντας παλαιότερου τύπου DUV μηχανήματα βασίζεται σε τεχνικές πολλαπλής έκθεσης (multi-patterning). Αν και τεχνικά εφικτό στο εργαστήριο, το μεγάλο εμπόδιο αυτής της μεθόδου είναι το κόστος, η πολυπλοκότητα και κυρίως το yield (δηλαδή πόσα λειτουργικά chips παράγονται τελικά ανά wafer).
Ωστόσο, το μήνυμα προς τη δυτική βιομηχανία ημιαγωγών είναι ξεκάθαρο. Οι τεχνολογικοί αποκλεισμοί δεν σταματούν την πρόοδο, αλλά αναγκάζουν τον ανταγωνιστή να εφεύρει νέες μεθόδους. Ακόμη κι αν η μαζική παραγωγή απέχει μερικά χρόνια, η Κίνα αποδεικνύει ότι το μονοπώλιο των EUV μηχανημάτων της ASML δεν είναι ανυπέρβλητο.
