- นักวิจัยจีนพัฒนากระบวนการเบื้องต้นสำหรับทรานซิสเตอร์ GAA ขนาดต่ำกว่า 3nm
- เทคโนโลยีดังกล่าวยังอยู่ในระยะเริ่มต้น ยังไม่พร้อมสำหรับการผลิตเชิงพาณิชย์
- สถาปัตยกรรม GAA ช่วยเพิ่มการควบคุมกระแสไฟฟ้า ทดแทนการออกแบบแบบ FinFET
- ข้อจำกัดการส่งออกผลักดันให้จีนสำรวจศักยภาพของเครื่องมือ DUV รุ่นเก่า
นักวิจัยจีนได้พัฒนากระบวนการเบื้องต้นสำหรับสร้างทรานซิสเตอร์ Gate-All-Around (GAA) ในระดับต่ำกว่า 3nm โดยใช้เทคโนโลยีลิโทกราฟีด้วยแสงดีปอัลตราไวโอเลต (DUV) ซึ่งอาจเป็นอีกหนึ่งเส้นทางสู่การผลิตชิปขั้นสูงของจีน ท่ามกลางข้อจำกัดในการเข้าถึงเครื่องจักร extreme ultraviolet (EUV) รุ่นล่าสุด ตามรายงานของ Digitimes ผลงานดังกล่าวอ้างอิงจากความเห็นของเย่ เทียนชุน นักวิจัยอาวุโสด้านเซมิคอนดักเตอร์ของจีน โดยที่สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (CAS) ระบุว่า นักวิจัยของสถาบันได้ดำเนินงานเบื้องต้นในการรวมทรานซิสเตอร์ GAA CMOS แบบช่องสัญญาณนาโนชีตซ้อนกัน โดยใช้เครื่องมือ DUV ท่ามกลางข้อจำกัดการส่งออกจากสหรัฐฯ และเนเธอร์แลนด์ที่ยังคงจำกัดการเข้าถึงระบบลิโทกราฟีล้ำสมัยของ ASML ของจีน
อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีดังกล่าวยังอยู่ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา และยังไม่ได้พิสูจน์ว่าสามารถรองรับการผลิตในระดับเชิงพาณิชย์ได้
ข้อได้เปรียบและความท้าทายของเทคโนโลยี GAA
สถาปัตยกรรม GAA ช่วยเอาชนะข้อจำกัดด้านลิโทกราฟี งานวิจัยนี้มุ่งเน้นที่ทรานซิสเตอร์ GAA ซึ่งเป็นสถาปัตยกรรมที่เข้ามาทดแทนการออกแบบแบบ FinFET เนื่องจากผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์กำลังก้าวสู่โหนดกระบวนการที่เล็กลง แตกต่างจาก FinFET ที่เกตล้อมรอบช่องสัญญาณของทรานซิสเตอร์เพียงสามด้าน การออกแบบแบบ GAA จะห่อหุ้มเกตรอบช่องสัญญาณทั้งหมด ทำให้สามารถควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น รายงานของ South China Morning Post ระบุว่า ทีมวิจัยของ CAS ได้รวมทรานซิสเตอร์ GAA CMOS แบบช่องสัญญาณนาโนชีตซ้อนกัน โดยใช้เทคโนโลยีลิโทกราฟี DUV
เย่ เทียนชุน นักวิจัยอาวุโสจากสถาบันไมโครอิเล็กทรอนิกส์แห่งสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน อธิบายว่าผลงานนี้เป็นเส้นทางกระบวนการเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ขนาดต่ำกว่า 3nm อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้หมายความว่าจีนได้แสดงให้เห็นแล้วว่าสามารถผลิตชิปขนาดต่ำกว่า 3nm ได้ นักวิจัยรายนี้เน้นย้ำว่า ผลงานดังกล่าวยังอยู่ในระยะเริ่มต้น และยังต้องมีการตรวจสอบในระดับเวเฟอร์เพิ่มเติม เพื่อพิจารณาว่ากระบวนการนี้จะสามารถถ่ายทอดสู่สายการผลิตได้ในที่สุดหรือไม่
บริบทการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ของจีน
อย่างไรก็ตาม แนวทางนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเทคโนโลยี GAA ถูกนำไปใช้โดยผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ชั้นนำแล้ว Samsung ได้เริ่มผลิตชิป 3nm ที่ใช้เทคโนโลยี GAA ในเชิงมวลแล้ว ขณะที่ TSMC มีแผนนำสถาปัตยกรรมนี้ไปใช้กับกระบวนการ 2nm ในปี 2025 งานวิจัยนี้เกิดขึ้นท่ามกลางการที่จีนเข้าถึงเทคโนโลยีลิโทกราฟี extreme ultraviolet (EUV) ได้อย่างจำกัด ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ผู้ผลิตชิปชั้นนำใช้ในการผลิตโหนดเซมิคอนดักเตอร์ที่ล้ำสมัยที่สุด เครื่อง EUV ของ ASML ใช้แสงที่ความยาวคลื่น 13.5nm เพื่อสร้างลวดลายขนาดเล็กมากบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน
ระบบเหล่านี้เป็นหนึ่งในเครื่องจักรอุตสาหกรรมที่ซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยมีมา และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตชิปล้ำสมัยในปัจจุบัน ข้อจำกัดการส่งออกทำให้ ASML ไม่สามารถขายระบบ EUV ให้กับลูกค้าในจีนได้ ดังนั้น นักวิจัยเซมิคอนดักเตอร์ของจีนจึงหันมาสำรวจมากขึ้นว่าจะสามารถดึงประสิทธิภาพเพิ่มเติมจากอุปกรณ์ DUV รุ่นเก่าได้อย่างไร ซึ่งรวมถึงการใช้โครงสร้างทรานซิสเตอร์ เทคนิคกระบวนการ และวัสดุใหม่ ๆ
สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีนกำลังศึกษาส่วนต่าง ๆ ของปัญหานี้ ในปี 2025 นักวิจัยของสถาบันได้พัฒนาเลเซอร์ DUV แบบ all-solid-state ที่สามารถผลิตแสงโคฮีเรนต์ที่ความยาวคลื่น 193nm ซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่ใช้ในระบบลิโทกราฟี DUV ขั้นสูง นอกจากนี้ นักวิจัยยังอยู่ระหว่างการตรวจสอบว่า สถาปัตยกรรมอุปกรณ์และเทคนิคกระบวนการที่แตกต่างกันสามารถชดเชยข้อจำกัดของเทคโนโลยีลิโทกราฟีได้หรือไม่ อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของจีนยังคงมุ่งมั่นพัฒนาแนวทางแก้ไขหลายทางควบคู่กัน Huawei ได้เปิดตัวสิ่งที่เรียกว่า Tau Scaling Law ในปี 2026 ซึ่งเป็นวิธีการออกแบบชิปที่อิงกับ "การปรับสเกลเชิงเวลา" โดยบริษัทระบุว่าอาจทำให้สามารถบรรลุความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์ที่เทียบเท่ากระบวนการ 1.4nm ได้ในที่สุดภายในปี 2031
ความท้าทายในอนาคตของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์จีน
จีนเผชิญกับความท้าทายจากข้อจำกัดการส่งออกในภาคส่วนเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเข้าถึงเทคโนโลยีลิโทกราฟี extreme ultraviolet (EUV) ขั้นสูง สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยจำเป็นต้องแสวงหาทางเลือกอื่น เช่น การใช้เทคโนโลยี deep ultraviolet (DUV) เพื่อพัฒนาทรานซิสเตอร์ GAA รูปแบบใหม่ แม้ว่าเทคโนโลยีในปัจจุบันจะยังอยู่ในระยะเริ่มต้น แต่การประยุกต์ใช้ที่อาจเกิดขึ้นมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งท่ามกลางภูมิทัศน์การแข่งขันด้านเซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลกที่ทวีความเข้มข้นมากขึ้น เมื่อผู้ผลิตชั้นนำรายอื่น ๆ เช่น Samsung และ TSMC ได้นำเทคโนโลยี GAA มาใช้แล้ว ความก้าวหน้าของการวิจัยของจีนอาจส่งผลต่อสภาพตลาดในอนาคต