半导体制造持续向更小节点迈进，纳米工艺与材料创新成为驱动性能提升的关键双引擎。本文将深入解析当前光刻技术突破、新型晶体管结构演变及前沿材料的应用进展，揭示芯片持续微缩背后的核心技术。
光刻技术的极限突破
实现纳米级图案转移的核心在于光刻技术。极紫外光刻 (EUV) 已成为7nm及以下节点的关键工艺，其使用波长仅为13.5nm的极紫外光源，显著提升了图案分辨率和精度，克服了传统深紫外光刻的物理限制。
EUV系统包含复杂的光源系统、反射式光学系统和真空环境。光源通过高能激光轰击锡滴产生等离子体辐射出EUV光，再经多层膜反射镜聚焦投射到晶圆上。这一过程对系统稳定性和掩膜版精度要求极高。
成功应用EUV技术大幅减少了芯片制造中的多重图案化步骤，降低了工艺复杂度，提升了良率并加速了先进工艺的量产进程。(来源：行业技术白皮书)
晶体管结构的持续演进
随着特征尺寸微缩至几纳米，传统平面晶体管结构面临严重短沟道效应挑战。FinFET（鳍式场效应晶体管）结构通过立体的“鳍”形沟道增强栅极控制能力，成为22nm至5nm节点的主流方案。
为追求更优的栅控能力和更低的功耗，环栅晶体管 (GAAFET) 技术正在兴起。其代表结构如纳米片晶体管 (Nanosheet FET) 和纳米线晶体管 (Nanowire FET)，将沟道材料完全被栅极材料环绕，实现四面或全方位的栅极控制。
* 纳米片晶体管：沟道由多层堆叠的薄片构成，提供更大的有效沟道宽度，驱动电流更强。
* 纳米线晶体管：沟道为细长的线状结构，栅控能力极佳，但驱动电流相对较小。
GAAFET结构能更有效地抑制短沟道效应，为3nm及以下节点的性能与功耗优化提供了关键技术路径。
材料创新的关键作用
工艺微缩的同时，材料工程扮演着不可或缺的角色。在互连层，传统铜互连在超小尺寸下电阻急剧增加且可靠性下降。钴 (Co) 和钌 (Ru) 等新型导体材料因其更低的电阻率、更好的抗电迁移能力和更优的填充特性，正被探索用于部分关键互连层。
在晶体管层面，高迁移率沟道材料是提升性能的关键。应变硅技术通过在硅晶格中引入应力来改变载流子迁移率已广泛应用多年。未来，锗 (Ge) 和III-V族化合物半导体（如砷化镓GaAs、磷化铟InP）因其更高的电子或空穴迁移率，有望作为沟道材料集成到硅基工艺中，形成混合集成方案。
此外，新型栅极介质和金属栅极材料的组合也在不断优化，以降低等效氧化层厚度并减少漏电流。低k介质材料则持续应用于层间绝缘，以降低互连电容和信号延迟。
半导体制造的前沿突破是纳米工艺、结构创新与材料革命协同作用的结果。EUV光刻解决了图案化难题，FinFET向GAAFET的演进增强了器件控制，而钴/钌互连、高迁移率沟道材料等则从物理层面提升了性能极限。这些技术的持续迭代与融合，正推动着芯片性能、功耗和集成度不断迈向新的高峰。
