光刻技術最佳替代者來了？芯片堆疊技術發揮“長處”
然而，前不久麻省理工學院（MIT）華裔研究生朱家迪突破了常溫條件下由二維（2D）材料制造成功的原子晶體管，每個晶體管只有 3 個原子的厚度，堆疊起來制成的芯片工藝將輕松突破 1nm。
目前的半導體芯片都是在晶圓上通過光刻/蝕刻等工藝加工出來的三維立體結構，所以堆疊多層晶體管以實現更密集的集成是非常困難的。而且，現在先進制程工藝的發展似乎也在 1~3nm 這里出現了瓶頸，所以不少人都認為摩爾定律到頭了。
但是由超薄 2D 材料制成的半導體晶體管，單個只有 3 個原子的厚度，可以大量堆疊起來制造更強大的芯片。正因如此，麻省理工學院的研究人員研發并展示了一種新技術，可以直接在硅芯片上有效地生成二維過渡金屬二硫化物 (TMD) 材料層，以實現更密集的集成。但是，直接將 2D 材料生成到硅 CMOS 晶圓上有一個問題，就是這個過程通常需要約 600 攝氏度的高溫，但硅晶體管和電路在加熱到 400 攝氏度以上時可能會損壞。
這次麻省理工學院（MIT）華裔研究生朱家迪等人的研究成果就是，開發出了一種不會損壞芯片的低溫生成工藝，可直接將 2D 半導體晶體管集成在標準硅電路之上。此外，這位華裔研究生的新技術還有兩個優勢：擁有更好的工藝+減少生成時間。
之前研究人員是先在其他地方生成 2D 材料，然后將它們轉移到晶圓上，但這種方式通常會導致缺陷，進而影響設備和電路的性能，而且在轉移 2D 材料時也非常困難。相比之下，這種新工藝會直接在整個 8 英寸晶圓上生成出光滑、高度均勻的材料層。
其次就是能夠顯著減少生成 2D 材料所需的時間。以前的方法需要超過一天的時間來生成 2D 材料，新方法則將其縮短到了一小時內。
“使用二維材料是提高集成電路密度的有效方法。我們正在做的就像建造一座多層建筑。如果你只有一層，這是傳統的情況，它不會容納很多人。但是隨著樓層的增加，大樓將容納更多的人，從而可以實現驚人的新事物?！?/span>
朱家迪在論文中這樣解釋，“由于我們正在研究的異質集成，我們將硅作為第一層，然后我們可以將多層 2D 材料直接集成在上面?！?/span>
該技術不需要光刻機就可以使芯片輕松突破 1nm 工藝，也能大幅降低半導體芯片的成本，如果現階段的光刻機技術無法突破 1nm 工藝的話，那么這種新技術將從光刻機手中拿走接力棒，屆時光刻機也將走進歷史。
光刻機有沒有可能被替代？
隨著半導體市場的飛速發展和需求的不斷增加，對于芯片制造過程中最關鍵也是最費時的步驟之一——光刻技術的要求也越來越高。在當前的光刻機市場中，euv（extreme ultraviolet）光刻機已經成為了不可或缺的存在。然而，由于其生產難度極高，制造成本巨大，而且目前全球僅有少數品牌能夠生產，euv光刻機供應又十分緊張，這導致許多廠商急需尋找代替方案。
目前，業內提出了三種主要的替代方案：多重e-beam光刻機、半導體納米印刷和投影微影系統。其中，多重e-beam光刻機是最受關注的一個選擇，也是商業化開發最為成熟的。多重e-beam光刻機即使用電子直接將圖形投射進去，通過像素逐點曝光的方式制作芯片。相較于euv光刻機，其優勢在于實現了快速制造，而且能夠保證高精度、高分辨率的需求。半導體納米印刷是運用浸染法將圖形印在芯片上，具有**造成本和快速生產的優勢。投影微影系統則通過超小尺寸stereolithography技術來實現精準圖案制作。
近年來，歐美和日本等國家先后推出了三種替代極紫外（EUV）光刻機的方案以應對芯片行業中面臨的瓶頸問題。不過，遺憾的是中國在這些替代方案上并未表現出突出的實力。
EUV光刻機是制造芯片所需的重要設備之一，其采用的是波長短達13.5納米的極紫外光源進行刻寫工作。然而，由于該技術存在著復雜性高、成本昂貴等問題，如今EUV光刻機的市場供應量十分有限，導致了無法滿足芯片工藝需要的情況發生。因此，各個國家紛紛投入大量資源研發替代方案，以改善行業的發展瓶頸和加強自身核心競爭力。
在替代方案研究方面，日本和韓國等國家較早啟動了相關研究工作，并先后推出了 EUV+ALT、EUV+玄武芯片刻寫機等方案，通過利用多重曝光、多層平面化等技術手段解決了EUV技術存在的問題。同時，在技術儲備、研發經驗等方面也積累了豐富的經驗。
然而，與日韓相比，中國在這些替代方案上并未表現出突出的實力。目前，中國在EUV光刻機領域存在著技術普及不足、相關配套設施建設滯后、核心競爭力不強等問題。雖然中國政府高度重視該技術，并出臺一系列政策鼓勵企業參與研發，但由于這些替代方案的核心技術仍然由外國公司壟斷，因此中國在技術、市場和收益等方面都存在較大差距。
回顧歷史，在信息技術領域的發展過程中，中國所面臨的困難和壓力也非常大，尤其對于芯片行業來說，應對國際競爭和技術瓶頸一直是一個艱巨的任務。然而，中國芯片產業憑借著國家政策、人才優勢等綜合優勢，以及企業家們不懈的探索與努力，逐漸擺脫依賴進口，開始向技術創新和自主研發領域邁進。
在此背景下，如果中國想要在EUV技術上達到突破和領先，需要更多的投入、積累和創新。尤其現在世界各國都開始采取措施保護本國產業和技術，這對于中國在EUV技術領域的發展意義非常重大。因此，我們期待著中國芯片制造企業未來加速擴大投資、整合資源，并緊盯市場需求，推出更具優勢的替代方案，從而在全球智能制造的領域中占據更為重要的位置。
芯片堆疊技術前景
由于眾所周知的原因，中國芯片至今無法獲得EUV光刻機，這就導致中國在推進7nm工藝乃至更先進的工藝方面始終無法突破，但是中國芯片行業并未坐等，采取了兩條路線齊步走的方式發展芯片。
其中一條路線就是積極推進國產芯片制造產業鏈的完善和技術升級，至今關于芯片制造的八大環節除了光刻機之外都已進展到14nm工藝，其中刻蝕機更已進展到5nm工藝，刻蝕機甚至已獲得臺積電的認可；至于光刻機也在關鍵的激光、鏡頭等方面取得突破，可以預期光刻機實現國產化就在眼前。
另一條路線則是研發先進的封裝技術，這方面以某科技企業提出的芯片堆疊技術最為知名，它已先后獲得了兩件關于芯片堆疊技術的專利，由此它在芯片堆疊技術方面已在國內居于領先地位。
芯片堆疊技術是封裝技術的一種，該科技企業是將兩枚同樣以14nm工藝生產的芯片堆疊在一起，從而取得接近7nm工藝的性能；另一種封裝技術則是將處理器、存儲芯片、GPU等多種芯片封裝在一起，如此可以大幅提升各個芯片之間的互聯效率，從而提升整體效率。
上述兩種封裝技術在海外都已被采用，其中擁有最先進芯片制造工藝的臺積電就以它研發的3D WOW封裝技術將兩枚以7nm工藝生產的AI芯片封裝在一起，性能提升幅度比5nm還要高；AMD則是將CPU、GPU和內存芯片封裝在一起提升了整體的性能。
封裝技術可以在當下2nm、1nm工藝研發日益困難以及成本提升太快的情況下，以現有工藝生產出性能更強、成本更低的芯片，在臺積電和AMD都先后以封裝技術生產芯片之后，它們與Intel等眾多企業聯合推出了chiplet標準，希望形成全球通行的封裝技術。
如今國內的主流媒體轉發了關于封裝技術的文章，或許代表著國內的封裝技術也已即將接近商用，此舉對于中國芯片行業尤為有重要意義，因為國內量產的最先進工藝為14nm，與海外的芯片制造工藝存在不小的差距，而封裝技術可以大幅提升現有工藝生產芯片的性能，將有助于增強中國芯片的競爭力。
當然中國芯片也并不會停止先進工藝的研發，據說中芯國際推進的N+1、N+2工藝已相當接近7nm工藝，而中芯國際的CEO梁孟松當年在三星的時候也幫助三星研發以DUV光刻機生產7nm工藝，因此中國依托于現有的光刻機也將無限接近7nm工藝，再加上封裝技術，在芯片性能方面達到5nm也是有可能的。
