最後更新:2026年10月8日製程節點・元件結構製程節點・電晶體中國大陸:尺寸微缩

微縮(Scaling)是什麼

Miniaturization / Scaling

微縮是縮小電晶體與導線的尺寸,在相同面積中塞入更多元件。由於能同時改善積集度、速度、功耗與成本,一直支撐著半導體的發展。2000年代中期電壓無法再降低之後,便透過HKMG、FinFET、GAA等新結構與材料,以及EUV曝光持續推進微縮。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

微縮(Scaling)是縮小電晶體與導線的尺寸,在相同面積中塞入更多元件。半導體產業藉由微縮同時改善積集度、速度、功耗與成本,持續發展。積體電路元件數約每2年增加為2倍的摩爾定律,就是表示這種微縮速度的經驗法則。

1974年Dennard等人提出的微縮定律指出,若將電晶體尺寸與電壓以相同比例縮小,電場可保持一定,速度提升,而單位面積的功耗不變。然而到了2000年代中期,降低電壓會使漏電流急增,電壓無法再降低,這條Dennard定律便告崩解。此後,微縮是藉由改變電晶體的結構與材料而持續推進。代表技術包括高介電常數閘極絕緣層與金屬閘極(HKMG)、立體結構的FinFET、以閘極包覆通道四面的GAA(環繞式閘極),以及波長13.5nm的EUV曝光。

微縮面臨許多障礙,包括:閘極難以控制通道的短通道效應與漏電流、原子數量的變異造成的特性變異、導線變細造成的電阻增加,以及曝光與製程複雜化造成的製造成本上升等。此外,「3nm」「2nm」等製程節點的名稱,已不再代表實際的閘極長度,而是世代的稱呼。近年來,除了縮小尺寸之外,將設計與製造一體最佳化的DTCO,以及將晶片分割再堆疊的小晶片(Chiplet)與3D封裝,也成為提高積集度的重要手段。

微縮(Scaling)的常見問題

半導體為什麼要微縮?
因為縮小電晶體後,相同面積可塞入更多元件,提升性能與功能,運作也更快,每1個元件的功耗與成本也會下降。從1片晶圓可取得的晶片數也會增加,因此微縮是同時改善性能與經濟性的手段。
微縮的極限是什麼?
包括閘極難以控制通道的短通道效應與漏電流增加、原子數量變異造成的特性變異、細導線的電阻增加,以及製程複雜化造成的製造成本上升等。為因應這些問題,正推進FinFET、GAA等新結構,以及透過小晶片與3D封裝提高積集度。

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