IMEC 最新路线图：揭秘未来芯片技术走向

作为全球半导体工艺研发的核心枢纽，IMEC 依托顶尖科研团队、先进基础设施，以及产学研协同创新的独特模式，长期引领行业技术发展，在半导体领域的权威性与前瞻性备受业界认可。因此，IMEC 对半导体未来路线图的预测，不仅展现了其对行业趋势的深刻洞察，更为全球半导体企业与科研机构提供了极具价值的参考方向。接下来，本文将聚焦这份最新路线图，深度剖析其对未来半导体技术发展的预测与展望。

解读 IMEC 路线图

IMEC 最近更新了直至 2039 年的路线图，这份路线图预测了未来 14 年内工艺节点技术的演进过程，涵盖了即将出现的新技术和工艺节点的演进。

在其中，IMEC 详细阐释了如何对芯片工艺节点、晶体管架构、芯片互联架构、背面供电技术、EUV 光刻机和 2D 材料等技术的发展走势和演进历程做出预测，以及这些技术从实验室走向产业化落地时的困难与挑战。

认清芯片工艺节点命名方式

当前阶段，7 纳米、5 纳米、3 纳米芯片已成为先进处理器的主流技术。但鲜为人知的是，这些数字早已脱离了物理尺寸的本质含义，早已蜕变为一种约定俗成的命名符号。

回溯芯片工艺发展历程，早期平面晶体管时代，工艺节点数字确实精准对应着晶体管栅极间距、线到线间距等物理尺寸，像 90 纳米、65 纳米等命名，都直接反映了芯片制造中最小特征尺寸。然而随着半导体技术逼近物理极限，当鳍式场效应晶体管（FinFET）取代平面晶体管，将芯片从二维结构推向三维立体架构时，这种命名逻辑开始瓦解。

三维晶体管通过垂直堆叠结构大幅提升晶体管性能，不再单纯依赖尺寸缩小来实现性能飞跃。在新的技术路径下，芯片性能的提升更多源于架构创新与密度优化，而非传统意义上的物理尺寸收缩。

如今，芯片工艺节点的命名本质上是一种 “等效平面晶体管” 概念下的延续性称谓，是半导体行业基于历史命名习惯和市场认知形成的默契。尽管 “3 纳米”“5 纳米” 不再对应实际栅极间距或最小特征尺寸，但这些数字依然承载着行业对技术先进性的评判标准，成为衡量芯片制造工艺代际演进的重要标识。

FinFET 时代终结

从 IMEC 更新的路线图来看，2018 年到 2025 年，分别经历了 N7、N5、N3 和 N2 工艺节点的演进。值得关注的是，随着 N3 向 N2 的演进，晶体管架构也从 FinFET（鳍式场效应管晶体管）逐渐向 NanoSheet（纳米片）晶体管架构演变。

FinFET 最大的特色就是将晶体管的结构从平面变立体，对栅极形状进行改制，闸门被设计成类似鱼鳍的叉状 3D 架构，位于电路的两侧控制电流的接通与断开，大幅度提升了源极和栅极的接触面积，减少栅极宽度的同时降低漏电率，让晶体管空间利用率大大增加。但在先进工艺节点的推进过程中，FinFET 芯片工艺节点正逐渐暴露出局限。当制程向更微小尺寸逼近，尤其是在向 2nm 及以下节点探索时，量子隧穿效应带来巨大挑战。传统 FinFET 结构已难以有效应对这一问题，这促使行业亟需寻找新的解决方案。

NanoSheet 时代，材料、设备、技术全新升级

在此背景下，NanoSheet（纳米片）晶体管架构应运而生。IMEC 的路线图也指出，随着 N2 工艺节点的到来将进入 NanoSheet 架构时代。相较于 FinFET，NanoSheet 采用了环绕闸极（GAA）结构，导电通道被高介电系数材料或金属闸极全方位包围，即便在通道缩短的情况下，也能极大提升闸极对通道的控制能力，有效抑制量子隧穿效应带来的漏电流问题。

与此同时，从 IMEC 的路线图中也能看到，从 N2 向 A14 的演进过程中，实现这些先进工艺芯片所需的光刻机也在从 0.33NA EUV 向 0.55NA EUV 过渡。随着工艺向纳米片（NanoSheet）架构跃迁，半导体行业正面临光刻技术的再次革新 ——High NA EUV（0.55 NA）技术将逐步取代标准 EUV。

从 N2 工艺节点开始，半导体行业迎来一项关键创新 —— 背面供电技术，并预计将在 A14 至 A10 等更先进节点中持续深化，成为突破性能瓶颈的核心方案。背面供电技术的核心在于将传统晶体管正面的电源传输路径转移至芯片背面，通过三维立体架构重构电源网络。这一变革带来双重优势：降低串扰与提升数据完整性；优化功耗与性能平衡。

如 IMEC 路线图所示，到 A10 节点上，会出现 ForkSheet Transistors（叉片晶体管）。叉片晶体管是一种先进的晶体管架构，是纳米片晶体管（Nanosheet FET）的延伸和发展，主要用于实现更小的晶体管尺寸和更高的集成密度，以满足未来半导体工艺中对微缩的需求。

CFET，埃米时代的主流架构

IMEC 的逻辑技术路线图展示了纳米片（NanoSheet）时代从 N2 延伸到 A10 节点，并采用叉片晶体管（ForkSheet），之后过渡到 A7 及更高节点的 CFET（互补场效应晶体管）时代。

CFET 突破了传统晶体管架构，将晶体管从单一平面拓展至立体空间。通过垂直堆叠的巧妙设计，使得在相同晶体管尺寸下，实现了晶体管密度的翻倍，从而实现更强大的功能，并提高功率效率和性能。在 CFET 节点，为进一步挖掘性能潜力，背面供电技术搭配局部信号线的创新组合崭露头角。

当然 CFET 面临的问题还有很多，特别是未来量产过程中，CFET 的制造将更加困难。众多科研团队正全力攻坚这一难题，力求在保证 CFET 性能与密度优势的同时，实现高效、稳定的量产。

Hyper NA EUV（0.75 NA），光刻技术突破物理极限

CFET 技术对光刻工艺提出了挑战，届时，为契合 CFET 超高精度和密度的制造需求，High NA EUV（0.55 NA）光刻技术已难以满足其对精度的极致追求，Hyper NA EUV（0.75 NA）技术应运而生，成为攻克 CFET 制造难题的关键利器。

ASML 正研发 0.75NA 的 Hyper NA EUV 系统，目标是在 2035 年实现 0.3nm 及以下制程。但技术障碍巨大，其反射镜不仅需维持更高精度，还需通过精密钻孔技术实现光束的复杂调控，这种 “在米级镜片上钻原子级孔” 的工艺挑战堪称工程学奇迹。

2DFET，降维打击

即使到了 CFET 时代，短沟道效应依然会再度使进一步的微缩变得棘手。IMEC 路线图显示，到 2037 年，当工艺节点演进至 A2，基于单原子层 2D 材料的 2DFET 将取代 CFET 架构，搭配 0.75 NA EUV 光刻技术，推动芯片密度与性能实现指数级跃升。

然而，引入二维材料的同时仍附带一系列挑战，会增加向 A2 节点导入时的成本和集成难度。IMEC 也提到了二维材料沉积、栅极叠层与介电沉积、低电阻源 / 漏接触、二维材料的掺杂、p 型 FET 与 n 型 FET、制造集成及对可靠性与一致性的更高需求等多方面的挑战与问题。

写在最后

IMEC 的半导体工艺路线图，不仅是技术演进的指南，更揭示了半导体行业从 “尺寸微缩” 到 “架构革新” 的范式转变。从 FinFET 到 NanoSheet，从 CFET 到 2DFET，每一次晶体管架构的革新，都伴随着 EUV 光刻、背面供电等技术的突破，推动芯片密度与性能不断跃升。然而，技术前行之路并非坦途，需全行业在设备、材料与工艺上持续突破。正如 IMEC 路线图所展现的，在产学研协同创新的驱动下，半导体行业正以惊人的创造力，将一个个 “不可能” 变为 “可能”。