環繞式閘極(GAA)電晶體和cnc加工的關連

基本概念:什麼是 GAA?

GAA(Gate-All-Around)是新一代的場效電晶體(FET)架構,它是 FinFET(鰭式場效電晶體)的後續技術。

在 FinFET 中,閘極(Gate)包覆晶體管通道的三個面;
而在 GAA 中,閘極完全環繞(All-Around)通道(Channel),可提供更強的控制能力、抑制漏電、提升效能。

目前 GAA 的主流實現形式是 奈米片(nanosheet)或奈米線(nanowire) 結構。

GAA 的核心在於**「多層堆疊通道」與「閘極環繞形成」**。
製程主要包含以下幾大步驟:


🧩 1️⃣ 超晶格堆疊(Superlattice Stacking)

  • 在矽基板上交替成長多層 Si(矽)/ SiGe(矽鍺) 層。
    例如:Si / SiGe / Si / SiGe / Si …
  • 其中 Si 層將成為通道,而 SiGe 層在後續會被蝕刻移除,用來「釋放」奈米片。

📘 關鍵技術:外延成長(Epitaxy)
用於在晶圓上精準控制厚度(~5nm)與應力的矽/矽鍺層。


🔹 二、製程架構重點

雖然「GAA 環繞式閘極電晶體」屬於奈米級半導體製程,而「CNC 加工」屬於毫米~微米級精密機械製造,兩者聽起來差距很大,但實際上,CNC 在 GAA 晶片製造設備與材料工程中扮演極關鍵的支援角色
以下是完整的關聯分析 👇


🧩 一、整體關聯圖:

GAA 製程 → 半導體設備 → 精密零組件 → CNC 加工製造

換句話說,GAA 晶片不可能直接用 CNC 做出來,
但製造 GAA 的設備、夾治具、材料處理模組都是靠 CNC 精密加工實現的


🔹 二、關聯層級說明

1️⃣ 半導體設備中的精密零組件來自 CNC 加工

GAA 製程需要的核心設備(例如下列幾種):

設備類型關鍵用途CNC 加工相關零件
ALD / CVD 沉積設備奈米級薄膜沉積真空腔體、氣體流道板、溫控基座(chuck)
蝕刻(Etcher)設備奈米結構刻蝕陶瓷隔熱環、陰極板、支撐環、電極座
CMP 平坦化設備奈米表面修整加壓頭、研磨盤支架、流體分配結構
量測 / 檢測設備奈米對位與形貌分析掃描平台、光學鏡筒座、振動隔離結構

👉 這些零件幾乎全數由 CNC 精密加工製作(搭配研磨與表面處理)。


2️⃣ GAA 製程對「精密度」要求極高 → 設備結構更依賴 CNC

GAA 的製程誤差容忍度是 奈米等級,例如奈米片厚度只有 5 nm。
這代表製程設備的結構精度要達到:

  • 幾何公差 ±2 μm 以下
  • 表面粗糙度 Ra ≤ 0.1 μm
  • 熱變形控制在 ±0.001°C 等級

➡️ 因此,製造這些設備所需的金屬與陶瓷零組件,必須使用:

  • 5 軸 CNC 精密加工(複雜腔體與流體結構)
  • 超精密研磨 / 鏡面拋光
  • 座標量測(CMM)驗證

3️⃣ CNC 加工材料與 GAA 製程材料工程息息相關

CNC 加工材料GAA 設備應用材料特性關鍵
鋁合金 (Al6061, Al7075)真空腔體、平台結構輕量、高導熱
鈦合金 (Ti-6Al-4V)電極、支撐環抗腐蝕、高溫穩定
不鏽鋼 (SUS316L, 304)氣體管路、結構件耐化學蝕蝕
鎢、鉬、鉭電極、等離子部件高熔點、低蒸氣壓
陶瓷 (Al₂O₃, SiC, AlN)絕緣部件、腔體襯套高耐蝕、絕緣、高溫穩定

這些材料都需要 CNC 高速切削、超音波加工、或雷射輔助加工。


4️⃣ CNC 在 GAA 製程設備開發階段的重要角色

在 GAA 製程的設備開發中,CNC 廠商會被要求:

  • 快速製作 原型件 / 試產腔體
  • 依照設計修改製程通道形狀(例如氣體流場)
  • 配合真空測試與熱分析,做 設計迭代(Design Iteration)

➡️ 這類原型通常是單件製作、交期短、精度高,非常仰賴高階 CNC 加工中心與自動化量測整合。


5️⃣ GAA 製程帶動 CNC 精密加工的升級

GAA 技術推進 → 設備精度與穩定性需求提升 → CNC 加工技術升級:

技術挑戰CNC 加工應對
奈米級製程對熱穩定性要求極高使用溫控加工環境與低膨脹材料
超細氣體流道、微腔體結構採用微銑削(Micro Milling)、電火花加工(Micro EDM)
材料複合結構(陶瓷+金屬)採用超音波加工或雷射輔助切削
表面平整度需求提升鏡面拋光、AFM 檢測支援

🔹 三、實際應用案例

領域CNC 產品對應 GAA 製程
真空腔體製造商(如環球晶、漢翔科技供應鏈)CNC 加工鋁合金腔體用於 ALD / CVD 沉積
陶瓷部件供應商(如京瓷、CoorsTek)CNC 研磨 Al₂O₃、SiC 部件用於蝕刻與 CMP 設備
半導體設備商(如 Applied Materials, Lam Research, Tokyo Electron)設備內部精密治具全由 CNC 加工製成關鍵製程對應 GAA 結構形成

🔹 四、總結:

層級關聯重點
製程層(GAA)奈米級材料與電晶體結構
設備層ALD / CVD / Etch / CMP / Metrology
機構層腔體、治具、基座、流道結構
加工層(CNC)高精度金屬與陶瓷製造支援

👉 CNC 是支撐 GAA 製程設備實現精密控制的關鍵基石
沒有高精度 CNC 加工技術,就無法製造出能穩定量產 GAA 晶片的設備。

#GAA 電晶體製程與 CNC 精密加工整 #半導體設備零組件加工 #GAA 製程材料工程 #精密加工支援先進製程

#半導體製造與機械加工整合 #GAA 製程對應 CNC 技術地圖

#精密CNC加工 #五軸加工 #真空腔體加工 #陶瓷部件研磨 #高精度治具 #氣體流道加工 #溫控基座 #微細銑削 #超音波加工 #電火花加工 #鏡面拋光 #幾何量測

詠翊科技有限公司


location_on 42756 台灣台中市潭子區大豐路一段188-9號

call +886-4-25341382


ring_volume
+886-4-25341847

email yongyi-sales@umail.hinet.net
email justinwu6767@gmail.com

Leave a Comment

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *