台灣新聞通訊社-ASML、台積電與imec三方合作推進2D材料電晶體開發

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ASML、台積電與imec攜手實現12吋晶圓整合創新，三方共同推進2D材料電晶體開發。圖／imec提供

本周舉行的2026年IEEE/JSAP超大規模積體電路（VLSI）技術與電路研討會上，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T，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。

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。

ASML、台積電與imec發表的這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。

imec運算暨記憶體元件技術研發VP Gouri Sankar Kar表示，基於2D過渡金屬二硫族化物（TMD）材料的電晶體一般是針對短通道進行最佳化。不過為了盡可能降低接觸電阻，他們通常具備較大的接點面積，因而阻礙微縮發展。這次首次實現了50奈米的閘極間距（CPP），該數值由閘極長度和源極／汲極接點長度而定；而此次成果也不影響2D材料nFET與pFET的性能。透過與ASML密切合作，採用經過最佳化的單次圖形化EUV微影技術是實現這次微縮化閘極間距（CPP）的成功關鍵。

台積電TSMC副總暨技術長曹敏表示，這項研究合作為推進半導體創新發展提供重要動力，聚焦為「從實驗室邁向晶圓廠」的技術轉變降低風險和加速進展，確保開創性發現—特別是創新的通道材料，能夠快速有效地整合到先進製造，最終提供頂尖的解決方案。