突破半导体工艺极限?美科研人员实现1nm制程工艺

Intel、TSMC及三星三大半导体工厂今年将量产10nm工艺，他们中进度快的甚至准备在明年上马7nm工艺，2020年前后则要推出5nm工艺。但是随着制程工艺的升级，半导体工艺也越来越逼近极限了，制造难度越来越大，5nm之后的工艺到现在为止都没有明确的结论，晶体管材料、工艺都需要更新。在这一点上，美国又走在了前列，美国布鲁克海文国家实验室的科研人员日前宣布实现了1nm工艺制造。

来自EETimes的报道称，美国能源部（DOE）下属的布鲁克海文国家实验室的科研人员日前宣布创造了新的世界记录，他们成功制造了尺寸只有1nm的印刷设备，使用还是电子束印刷工艺而非传统的光刻印刷技术。

▲ 创造1nm工艺技术的Lihua Zhang团队

这个实验室的科研人员创造性地使用了电子显微镜造出了比普通EBL（电子束印刷）工艺所能做出的更小的尺寸，电子敏感性材料在聚焦电子束的作用下尺寸大大缩小，达到了可以操纵单个原子的地步。他们造出的这个工具可以极大地改变材料的性能，从导电变成光传输以及在这两种状态下交互。

他们的这项成就是在能源部下属的功能纳米材料中心完成的，1nm印刷使用的是STEM（扫描投射电子显微镜），被隔开11nm，这样一来每平方毫米就能实现1万亿个特征点（features）的密度。通过偏差修正STEM在5nm半栅极在氢氧硅酸盐类抗蚀剂下实现了2nm分辨率。

PS：这些技术听上去激动人心，不过实验室研发的技术并不代表能很快商业化，布鲁克海文实验室的1nm工艺跟目前的光刻工艺有很多不同，比如使用的是电子束而非激光光刻，所用的材料也不是硅基半导体而是PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）之类的，下一步他们打算在硅基材料上进行尝试。

事实上这也不是科学家第一次实现1nm级别的工艺，去年美国能源部下属的另一个国家实验室——劳伦斯伯克利国家实验室也宣布过1nm工艺，他们使用的是纳米碳管和二硫化钼等新材料。同样地，这项技术也不会很快投入量产，因为碳纳米管晶体管跟这里的PMMA、电子束光刻一样跟目前的半导体工艺有明显区别，要让厂商们一下子全部淘汰现有设备，这简直是不可能的。