荷兰阿斯麦（ASML）、中国台湾台积电（TSMC）与比利时微电子研究中心（Imec）在2026年夏威夷VLSI国际会议期间联合宣布：已开发出可在300毫米标准晶圆上批量制造二维（2D）材料晶体管的完整工艺流程。该成果首次实现nFET与pFET两种互补型晶体管在同一片晶圆上共集成，栅极-源极/漏极间距压缩至50纳米，且整体良率达到94%——关键突破在于其完全适配当前主流EUV光刻产线，无需重建晶圆厂基础设施。
这一进展直指半导体行业核心瓶颈。过去50年，摩尔定律驱动晶体管持续微缩，但硅基器件已逼近物理极限：当沟道长度低于5纳米时，量子隧穿效应导致漏电流激增，功耗失控、发热加剧、性能衰减。虽经FinFET、环栅（GAA）等结构创新延缓趋势，业界共识是必须引入新材料体系。二维材料（如二硫化钼MoS₂、二硒化钨WSe₂）仅由单层或数层原子构成，厚度可控至0.7纳米以下，能从根本上抑制短沟道效应，实现亚1纳米级厚度调控与超高载流子迁移率，为延续器件微缩提供物理基础。
技术落地难点长期在于“实验室到产线”的鸿沟。此前2D材料多以机械剥离或CVD小面积生长为主，难以满足晶圆级均匀性、界面洁净度及缺陷密度（<0.1 cm⁻²）要求。本次三方协作中，Imec主导材料转移与界面钝化工艺优化，将MoS₂薄膜在300毫米硅基底上的厚度偏差控制在±0.3原子层内；ASML提供NXE:3800E EUV光刻系统，配合定制化掩模版设计，实现50纳米关键尺寸（CD）的套刻精度（overlay < 1.5 nm）；台积电则完成全流程集成验证，在其3纳米节点后段工艺（BEOL）线上完成金属栅堆叠、接触孔刻蚀与封装兼容性测试。三者协同使2D晶体管沟道长度降至28纳米，较传统硅基同尺寸器件功耗降低约40%（基于TCAD仿真与实测IV曲线拟合）。
300毫米晶圆级2D晶体管关键参数
| 参数项 | 数值 | 行业意义 |
|---|---|---|
| 晶圆尺寸 | 300毫米（12英寸） | 直接匹配全球主流逻辑芯片代工厂产线规格，无需新增设备投资 |
| 栅极间距 | 50纳米 | 达到当前3纳米制程节点等效密度，验证2D材料微缩潜力 |
| 沟道长度 | 28纳米 | 较实验室原型缩短40%，接近台积电N3E工艺实际沟道尺寸 |
| 全晶圆良率 | 94% | 超越多数新型存储器（如MRAM初期良率<85%）和先进封装（TSV良率~90%）水平 |
| 材料体系 | MoS₂基nFET + WSe₂基pFET | 双材料互补方案解决空穴迁移率瓶颈，避免单一材料极性限制 |
对采购与运维端而言，该工艺的最大价值在于“平滑过渡”。由于全程复用ASML EUV光刻机、应用材料（Applied Materials）PVD/CVD设备及东京电子（TEL）刻蚀平台，国内晶圆厂若引进该技术，仅需升级材料沉积模块与界面处理腔室，改造周期预计6–9个月，远低于新建一条GAA产线（24–36个月）。但需注意：2D材料对洁净间等级（Class 1）、前道湿法清洗温度（≤40℃）及金属互连阻挡层（需改用Ru而非Ta/TaN）提出新要求，现有产线需针对性校准。MoS₂原料目前90%以上依赖德国默克（Merck）与美国诺发（Novellus）供应，国产高纯度前驱体（如MoCl₅、H₂S）尚处于中试阶段，供应链安全需提前布局。
法国与比利时半导体生态的隐性支撑
Imec作为欧洲半导体研发核心枢纽，其独特价值不仅在于技术输出，更在于其开放创新模式：所有参与企业均可共享其200毫米与300毫米先导线（pilot line）的工艺模块数据，包括2D材料在不同衬底（Si、SiC、SOI）上的应力分布图谱、EUV曝光后烘烤（PEB）温度窗口建议值、以及与铜互连兼容的扩散阻挡层厚度阈值。这种“非独占式”合作机制，降低了中小代工厂的技术试错成本。而法国虽未直接参与本项目，但其格勒诺布尔地区聚集了Soitec（绝缘体上硅）、CEA-Leti（微纳技术研究所）及多家光刻胶配套商，共同构成欧洲2D材料器件化的重要支撑带——例如Soitec的Smart Cut™技术已被用于制备2D材料转移所需的超薄氧化层载体，这正是Imec工艺链中关键一环。
值得中国从业者重点关注的是94%这一良率数字。它并非实验室抽检结果，而是基于整片300毫米晶圆的全区域电学测试（macro-level parametric test）统计值，覆盖边缘、中心及斜向扇区。该数据意味着：若按台积电南科18B厂单月投片12万片计算，采用该工艺后每万片晶圆可减少约600片报废，对应每年节省掩模版成本超2亿元人民币（按EUV掩模版单价300万美元计）。但需清醒认知：当前94%建立在单层MoS₂器件基础上，若扩展至三维堆叠（如2D/2D异质结）或高频射频应用（需提升载流子饱和速度），良率可能回落至85%–88%，这将是下一阶段工艺优化的核心攻坚点。