艾司摩爾、台積電與imec合作實現12吋晶圓整合創新

於本周進行的2026年IEEE/JSAP超大規模積體電路（VLSI）技術與電路研討會上，比利時微電子研究中心（imec）攜手微影解決方案大廠艾司摩爾（ASML）與晶圓代工大廠台積電（TSMC），共同發表一套創新、穩健且可擴充的12吋晶圓整合技術路徑，用於基於2D材料的n型與p型場效電晶體（FET）。這是首次展示搭配50奈米閘極間距（CPP）的微型化nFET（採用二硫化鉬作為通道材料）與pFET（二硫化鎢或二硒化鎢），並且取得良好的電流-電壓特性。這些成果象徵著2D材料電晶體從實驗室邁向晶圓廠的關鍵進展，預期用於超高度微縮化的邏輯元件，以及後段製程和晶背應用。

圖一 : （A）包含50奈米閘極間距的二硫化鎢元件之X軸切割高角度環形暗視野掃描傳輸電子顯微鏡影像，經過閘極連接線蝕刻後，其接點長度為19奈米、寬度256奈米。以及（B）相應的能量色散X射線光譜儀分析。

2D過渡金屬二硫族化物（即TMD，例如二硫化鉬、二硫化鎢與二硒化鎢）有望延伸並擴展邏輯微縮技術的發展藍圖。當這些材料取代矽材，並作為原子級超薄傳導通道進行元件整合時，能夠製出具備高性能的微縮化電晶體，對高度微縮的邏輯元件、後段製程與晶背應用來說具備發展潛力。其潛力歸功於這些材料的良好靜電通道控制能力，同時維持容許範圍內的載子遷移率，甚至實現高度微縮的閘極與通道長度。然而，這些材料在導入產業時一直面臨阻礙，原因在於缺乏一套12吋晶圓整合技術途徑，該途徑需要在與產業接軌的元件尺寸下，製造過渡金屬二硫族化物（TMD）nFET與pFET，同時還要比照在實驗室環境下持續累積大量的測試結果，維持一定的性能表現。

艾司摩爾、台積電與imec現在發表了一套可擴充且與後段製程相容的12吋晶圓整合方法，用於基於過渡金屬二硫族化物（TMD）的nFET與pFET元件，其成果分為三點：（1）世界首創達到50奈米閘極間距（CPP）的微縮化nFET與pFET；（2）這兩種電晶體的極性在閘極電壓為零（Vg=0V）時，展現極低的關閉電流（Ioff）；以及（3）搭配二硒化鎢通道的pFET性能表現已接近創下紀錄的實驗室元件水準。這套類似於CMOS的整合方法—在單片12吋晶圓上整合nFET與pFET，達到高達94%的可操作電晶體（即Imax/Imin >105），成功驗證其穩健性與穩定度。此次提出的製程流程可用於二硫化鉬、二硫化鎢和二硒化鎢以外的2D通道材料。
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