Bị chặn EUV, Trung Quốc tạo đột phá trong sản xuất chip dưới 3nm

Theo Digitimes ngày 18/9, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, CAS, đã đạt tiến triển ban đầu trong việc tích hợp transistor gate all around, GAA, sử dụng kênh nanosheet xếp chồng với sự hỗ trợ của thiết bị quang khắc cực tím sâu DUV.

Ông Ye Tianchun, chuyên gia kỳ cựu của Viện Vi điện tử thuộc CAS, cho biết nhóm nghiên cứu đã hoàn tất bước tích hợp ban đầu đối với cấu trúc CMOS GAA. Ông mô tả đây là một hướng quy trình transistor MOS mới ở giai đoạn đầu, phục vụ mục tiêu phát triển chip tiên tiến dưới 3 nm tại Trung Quốc.

Nếu tiếp tục được hoàn thiện, hướng đi này có thể giúp Trung Quốc tận dụng những thiết bị quang khắc hiện có để tiến gần hơn tới các tiến trình tiên tiến, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào máy EUV.

Hiện ASML không được phép bán các hệ thống EUV tiên tiến nhất cho khách hàng Trung Quốc do các biện pháp kiểm soát xuất khẩu. Đây là loại thiết bị đóng vai trò quan trọng trong sản xuất chip tiên tiến, đặc biệt khi ngành bán dẫn chuyển xuống các tiến trình ngày càng nhỏ.

Trong khi đó, công nghệ DUV đã được sử dụng từ lâu và kém tiên tiến hơn EUV. Việc tiếp tục đẩy giới hạn của DUV vì thế trở thành một trong những hướng mà Trung Quốc theo đuổi để giảm phụ thuộc vào thiết bị nước ngoài.

Theo sát kiến trúc chip tiên tiến nhất

Điểm đáng chú ý trong nghiên cứu của CAS là việc sử dụng kiến trúc GAA, công nghệ được xem là bước phát triển tiếp theo sau FinFET.

Với GAA, cổng transistor bao quanh kênh dẫn tốt hơn, giúp kiểm soát dòng điện hiệu quả hơn khi kích thước transistor tiếp tục thu nhỏ.

Samsung đã đưa chip 3nm sử dụng GAA vào sản xuất hàng loạt. TSMC cũng chuyển sang kiến trúc này với tiến trình 2 nm vào cuối năm 2025.

Việc CAS thử nghiệm GAA cho thấy Trung Quốc vẫn đang bám sát hướng phát triển kiến trúc transistor của các hãng bán dẫn hàng đầu thế giới, dù thiếu một số thiết bị chế tạo tiên tiến nhất.

Tuy nhiên, bước tiến hiện tại vẫn mới nằm ở giai đoạn nghiên cứu.

Ông Ye cho biết khả năng chuyển công nghệ sang sản xuất thương mại còn phụ thuộc vào kết quả kiểm chứng trên wafer, độ ổn định của quy trình và hiệu suất thực tế khi triển khai trên dây chuyền sản xuất.

Nói cách khác, việc chứng minh một quy trình trong phòng thí nghiệm khác xa với khả năng sản xuất hàng loạt hàng triệu chip với tỷ lệ thành phẩm đủ cao để có hiệu quả kinh tế.

Tìm cách kéo dài giới hạn của DUV

Nỗ lực mới của CAS nằm trong chiến lược rộng hơn của Trung Quốc nhằm phát triển các phương án thay thế trong bối cảnh khả năng tiếp cận công nghệ bán dẫn tiên tiến tiếp tục bị siết chặt.

Ông Ye từng đứng đầu Viện Vi điện tử Trung Quốc và giữ vai trò lãnh đạo công nghệ trong dự án “02”, một chương trình nhà nước quy mô lớn nhằm phát triển thiết bị sản xuất chip và công nghệ chế tạo bán dẫn trong nước.

CAS chưa phản hồi ngay yêu cầu bình luận ngày 19/9.

Áp lực đối với ngành bán dẫn Trung Quốc có thể còn tăng thêm khi Mỹ tiếp tục xem xét các biện pháp hạn chế mới đối với hoạt động bán thiết bị DUV của ASML cho khách hàng Trung Quốc.

Trong bối cảnh đó, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp Trung Quốc đang tập trung vào 2 hướng song song: kéo dài khả năng của thiết bị hiện có và phát triển kiến trúc chip mới để đạt hiệu năng cao hơn mà không hoàn toàn phụ thuộc vào việc thu nhỏ tiến trình.

CAS đã theo đuổi hướng này trong nhiều năm.

Năm 2025, viện nghiên cứu phát triển một loại laser DUV thể rắn có khả năng phát ánh sáng kết hợp ở bước sóng 193nm, bước sóng quan trọng trong công nghệ quang khắc bán dẫn hiện nay.

Huawei cũng tìm đường vòng

Không chỉ CAS, Huawei cũng đang thử những cách tiếp cận khác nhằm giảm sự phụ thuộc vào công nghệ chế tạo tiên tiến từ bên ngoài.

Tháng 5, Huawei công bố khái niệm “Định luật mở rộng Tau”, Tau Scaling Law, với mục tiêu tái thiết kế kiến trúc chip dựa trên nguyên tắc mở rộng theo thời gian.

Thay vì chỉ tập trung vào việc thu nhỏ kích thước transistor, Huawei muốn cải thiện mật độ và hiệu năng chip thông qua thay đổi thiết kế hệ thống và cách tổ chức tài nguyên tính toán.

Theo lộ trình hãng công bố, các chip cao cấp phát triển dựa trên phương pháp này có thể hướng tới mật độ transistor tương đương công nghệ 1,4nm vào năm 2031.

Dù những tuyên bố này vẫn cần được kiểm chứng bằng sản phẩm thương mại thực tế, chúng cho thấy ngành bán dẫn Trung Quốc đang ngày càng tập trung vào các phương án thay thế khi con đường tiếp cận trực tiếp công nghệ EUV vẫn bị hạn chế.

Bước tiến của CAS vì vậy chưa đồng nghĩa Trung Quốc đã có khả năng sản xuất chip dưới 3nm bằng DUV.

Điều đáng chú ý hơn là nước này đang tìm cách kéo dài giới hạn của công nghệ quang khắc cũ, kết hợp với các kiến trúc transistor mới, để thu hẹp khoảng cách với những quy trình tiên tiến nhất trong ngành bán dẫn.