6 phút đọc
Trong bối cảnh các lệnh trừng phạt quốc tế liên tục thắt chặt nguồn cung thiết bị bán dẫn tiên tiến, các nhà nghiên cứu Trung Quốc vừa đạt được một bước tiến quan trọng. Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã tìm ra giải pháp ban đầu để phát triển kiến trúc cổng vòm (GAA) – chìa khóa cho các dòng chip dưới 3 nanomet (nm) – bằng cách tận dụng những máy quang khắc cực tím sâu (DUV) thế hệ cũ thay vì máy siêu cực tím (EUV) hiện đại nhất. Đây là nỗ lực mới nhất của quốc gia này nhằm tự chủ công nghệ bán dẫn trước các rào cản từ phương Tây.
Tận dụng máy quang khắc DUV thế hệ cũ để tự chủ công nghệ
Theo thông tin từ SCMP, đột phá mới này đến từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS). Nghiên cứu cho thấy quốc gia này đang tìm cách phát triển quy trình sản xuất chip tiên tiến mà không phụ thuộc vào những thiết bị quang khắc hiện đại nhất thế giới hiện nay.
Do các lệnh hạn chế xuất khẩu từ Mỹ và chính phủ Hà Lan, hãng sản xuất thiết bị bán dẫn ASML đã bị cấm bán các dòng máy quang khắc siêu cực tím (EUV) tiên tiến nhất cho các đối tác Trung Quốc. Theo ASML, máy EUV sử dụng ánh sáng có bước sóng cực ngắn chỉ 13,5 nm, cho phép khắc các chi tiết siêu nhỏ trên wafer silicon dễ dàng hơn rất nhiều so với máy quang khắc cực tím sâu (DUV) vốn sử dụng bước sóng 193 nm. Trong bối cảnh bị chặn đường tiếp cận máy EUV, Trung Quốc hiện tại vẫn có thể nhập khẩu một số thiết bị DUV và họ đang tìm cách tối ưu hóa tối đa các công cụ này.
Kiến trúc GAA và lời giải cho giới hạn vật lý của chip dưới 3 nm
Theo tin tức từ tờ Digitimes công bố ngày 17/9, ông Ye Tianchun, một chuyên gia tại Viện Vi điện tử thuộc CAS, cho biết đơn vị nghiên cứu này bước đầu đã xác định được cách tạo ra kiến trúc Gate-All-Around (GAA) bằng việc sử dụng máy quang khắc DUV thế hệ cũ.
Để hiểu được tầm quan trọng của đột phá này, cần nhìn vào xu hướng phát triển của ngành bán dẫn toàn cầu. Khi các bóng bán dẫn (transistor) ngày càng bị thu nhỏ kích thước, hiện tượng rò rỉ dòng điện sẽ xảy ra, khiến các linh kiện hoạt động kém ổn định và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn. Kiến trúc GAA ra đời như một bước tiến công nghệ giúp kiểm soát dòng điện chạy qua các bóng bán dẫn hiệu quả hơn nhiều so với kiến trúc cũ.
Hiện nay, kiến trúc FinFET đang là công nghệ phổ biến nhất trong ngành sản xuất chip. Tuy nhiên, gã khổng lồ công nghệ Samsung cho biết FinFET đã bắt đầu chạm đến giới hạn vật lý ở các tiến trình dưới 4 nm. Đó là lý do vì sao Samsung phải chuyển sang áp dụng GAA ngay từ tiến trình 3 nm. Trong khi đó, nhà sản xuất chip lớn nhất thế giới TSMC cũng lên kế hoạch chuyển dịch sang kiến trúc GAA mới này từ tiến trình 2 nm vào cuối năm 2025. Việc CAS bước đầu làm chủ được cách thiết kế GAA trên máy DUV mở ra cơ hội cho Trung Quốc tiếp cận các tiến trình sản xuất chip tiên tiến dưới 3 nm mà không cần đến máy EUV.
Thách thức thương mại hóa và những hướng đi thay thế của Trung Quốc
Mặc dù đây là một thành tựu nghiên cứu đáng khích lệ, ông Ye Tianchun cũng thẳng thắn thừa nhận rằng công nghệ của CAS hiện vẫn còn một khoảng cách rất xa mới có thể đưa vào sản xuất thương mại. Chuyên gia này nhấn mạnh rằng nghiên cứu hiện chỉ mới ở giai đoạn đầu. Việc có thể đưa kiến trúc GAA này vào quy trình sản xuất hàng loạt thành công hay không sẽ hoàn toàn phụ thuộc vào các kết quả thử nghiệm và kiểm chứng trên những dây chuyền sản xuất thực tế trong thời gian tới.
Sự phát triển của cơ quan nghiên cứu chủ lực Trung Quốc diễn ra trong bối cảnh áp lực địa chính trị ngày càng tăng. Mỹ được cho là đang tiếp tục đề xuất thắt chặt kiểm soát xuất khẩu thiết bị bán dẫn sang Trung Quốc, thậm chí nhắm vào cả các dòng máy quang khắc DUV thế hệ cũ. Điều này buộc các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ trong nước phải liên tục tìm cách thay đổi kiến trúc lẫn quy trình thiết kế để khai thác tối đa hiệu năng của các thiết bị hiện có sẵn.
Bên cạnh hướng tiếp cận của CAS, các tập đoàn công nghệ lớn của Trung Quốc cũng tự tìm lối đi riêng. Điển hình là Huawei, hãng công nghệ này vào tháng 5 đã công bố một phương pháp tiếp cận khác có tên gọi “Định luật mở rộng Tau”. Huawei tuyên bố rằng các dòng chip cao cấp được phát triển dựa trên phương pháp này có thể đạt được mật độ bóng bán dẫn tương đương với công nghệ tiến trình 1,4 nm vào năm 2031 mà hoàn toàn không cần đến sự hỗ trợ của các máy quang khắc EUV.
Những câu hỏi lớn cần được thời gian trả lời
Mặc dù Trung Quốc đã chứng minh khả năng tự lực bằng cách cải tiến kỹ thuật trên nền tảng thiết bị cũ, giới quan sát công nghệ vẫn đang theo dõi sát sao những nút thắt lớn chưa được tháo gỡ:
- Liệu các dây chuyền sản xuất thực tế tại Trung Quốc có đủ khả năng tối ưu hóa kiến trúc GAA trên máy DUV để đạt được tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn đủ cao cho thương mại hóa?
- Liệu những lệnh cấm vận mới từ Mỹ và đồng minh có kịp ngăn chặn dòng nhập khẩu máy DUV trước khi công nghệ của CAS hoàn thiện?
- Định luật mở rộng Tau của Huawei có thực sự giúp quốc gia này hiện thực hóa tham vọng chip 1,4 nm vào năm 2031 hay chỉ dừng lại ở mức lý thuyết?
Đây chắc chắn là những câu hỏi lớn mà người dùng và giới công nghệ toàn cầu sẽ phải tiếp tục theo dõi sát sao trong vài năm tới.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
