應(yīng)用材料公司為10nm以下推出三項(xiàng)工藝

　　應(yīng)用材料公司，總部位于美國硅谷。近日該公司在京舉辦媒體說明會，推出了三款面向10nm以下的工藝/系統(tǒng)。下面，請隨著電子產(chǎn)品世界編輯一起，走進(jìn)應(yīng)用材料公司及下一代半導(dǎo)體制造的世界。

　　應(yīng)用材料公司一覽

　　“應(yīng)用材料公司的核心競爭力是材料工程的解決方案?！睉?yīng)用材料中國公司首席技術(shù)官趙甘鳴博士娓娓道來：“應(yīng)用材料公司的特點(diǎn)是產(chǎn)品線多，可提供模塊集成工藝的提升。另外，全球員工近1.5萬人，2015財(cái)年?duì)I業(yè)額約97億美元?！倍鶕?jù)說明會后發(fā)布的應(yīng)用材料公司最新財(cái)報(bào)，2016該公司財(cái)年凈銷售額已達(dá)108.3億美元，同比增長12%。

　　下圖為應(yīng)用材料公司位于美國硅谷的梅丹技術(shù)中心，該中心包含一套完整的300mm晶圓制造設(shè)備先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。

　　應(yīng)用材料公司的業(yè)務(wù)部門包括半導(dǎo)體產(chǎn)品事業(yè)部、全球服務(wù)產(chǎn)品事業(yè)部、顯示產(chǎn)品與鄰近市場事業(yè)部。據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用材料公司半導(dǎo)體設(shè)備在全球市場占有率第一，下一步互聯(lián)、圖案化、封裝、檢測等是其主攻方向。在工藝方面，在沉積、熱處理方面技術(shù)投入很大，機(jī)臺是多腔體的平臺架構(gòu)，在各個界面已開發(fā)出原子量級的精準(zhǔn)度。

　　追溯晶圓設(shè)備支出的驅(qū)動因素，來自于應(yīng)用端的移動與社交媒體。原來芯片的特征尺寸縮小靠光刻機(jī)，現(xiàn)在幾乎到了盡頭，主攻結(jié)構(gòu)的改變，例如3D，圖案化等。摩爾定律還會走下去，但是形式會改變，一方面是3D，double patterning(雙重曝光，屬于圖案化)等;另一方面是28、22、14nm等往前演進(jìn)時，帶來了材料的革命?！斑@對應(yīng)用材料公司是好事，因?yàn)檫@是我們的專長所在。從高k到銅互聯(lián)等的材料工程解決方案，應(yīng)用材料公司都十分積極?！?/p>

　　中國是全球最大的半導(dǎo)體市場，根據(jù)已經(jīng)公布的各項(xiàng)信息，未來5年中國的WFE(晶圓設(shè)備支出)資本支出約200~300億美元，約有13條新代工廠和主要內(nèi)存生產(chǎn)線。應(yīng)用材料公司已深耕中國市場32年，擁有一支強(qiáng)大的專業(yè)團(tuán)隊(duì)。

　　1nm電子束檢測設(shè)備PROVisionTM：分辨率高、速度快

　　接下來，應(yīng)用材料中國公司資深工藝經(jīng)理李文勝登場，他介紹了應(yīng)用材料公司的下一代電子束設(shè)備檢測設(shè)備PROVisionTM，特點(diǎn)之一是分辨率高(1nm，通常是3nm)，速度提高到3倍。通常，分辨率高時，必須通過的電流密度低，因此檢測速度慢，應(yīng)用材料公司的方法是高電流密度時也可檢測。另一特點(diǎn)是FinFET由于是三維的，深溝道里不容易檢測到粘連等問題，PROVisionTM解決了此問題。

　　利用縫隙抑制型鎢填充接觸區(qū)工藝來提高良率

　　對于這個題目，應(yīng)用材料中國公司資深工藝工程師吳桂龍用了自行車的比喻來解釋。要想自行車速度提升，一是減少阻力，再者是加大動力。但是為何有時汽車還沒自行車快?因?yàn)檫€要考慮路上的行人和紅綠燈等影響因素。吳桂龍講解道：受此啟發(fā)，電阻和良率影響了器件性能。 在10nm及以下，電阻影響突出，對手機(jī)等電子產(chǎn)品的性能影響大。再看看自行車，從鋼到碳材料越來越輕，可使速度越來越快。在自行車比賽中，一輛車倒下，可能引發(fā)一大片車倒下。同理，一個單元失效，會引起整個芯片失效。而現(xiàn)在芯片的革命是密度越來越高，這個問題很突出。Endura@ VoltaTM CVD W(化學(xué)氣相沉積 鎢)可有效降低鎢薄膜的電阻，Centura@ iSprintTM ALD/CVD SSW(化學(xué)氣相沉積 縫隙抑制型鎢填充工藝)可大大提高良率。

　　選擇性材料技術(shù)帶來蝕刻工藝新突破

　　在談及半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展趨勢時，英特爾、三星、美光等公司均談到了材料在半導(dǎo)體制造中的重要性，因此由材料驅(qū)動的尺寸縮小便扮演了推動摩爾定律發(fā)展的關(guān)鍵。而應(yīng)用材料公司在蝕刻工藝上帶來了突破性的產(chǎn)品。

　　蝕刻，筆者理解，就像雕刻一樣，但不是用刀，而是用化學(xué)腐蝕的方法，把沒用的半導(dǎo)體材料去除。在10nm工藝時，要蝕刻出數(shù)以億計(jì)的3D晶體管，想想這就頭大。

　　趙甘鳴博士介紹了選擇性材料技術(shù)帶來蝕刻工藝的突破。傳統(tǒng)有干法蝕刻和濕法蝕刻，應(yīng)用材料公司有新的選擇性蝕刻工具SelectraTM系統(tǒng)，應(yīng)用范圍廣，可用于double patterning/multi-patterning、FinFET等。對于FinFET，因?yàn)镾electraTM的方法是氣態(tài)的，不是液態(tài)的，蝕刻可以更精準(zhǔn)，而且氣體比液體更環(huán)保。對于下一代的GAA結(jié)構(gòu)，3D NAND器件希望所有的蝕刻一樣，即側(cè)向均勻，過去對待單元不均勻通常需要用軟件修正，現(xiàn)在SelectraTM系統(tǒng)可一次搞定。但SelectraTM的弱點(diǎn)是速度較慢，因?yàn)橐右粚訉觿冸x，像剝洋蔥一樣。

　　小結(jié)

　　摩爾定律將繼續(xù)演進(jìn)，但形式正發(fā)生變化，從注重特征尺寸的縮小，正轉(zhuǎn)變到關(guān)注材料和結(jié)構(gòu)等創(chuàng)新，這也給應(yīng)用材料公司帶來了機(jī)會。為了迎接10nm以下的挑戰(zhàn)，應(yīng)用材料公司推出了三個法寶：1nm電子束檢測設(shè)備 - ProVisionTM，分辨率提高3倍、速度提升3倍;利用縫隙抑制型鎢填充接觸區(qū)工藝來降低良率 - Endura@ VoltaTM CVD W以及Centura@ iSprintTM ALD/CVD SSW;以突破性的蝕刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)原子級的蝕刻精準(zhǔn)性 - Producer@ SelectraTM。