Rick Gottscho博士：下一代芯片在堆疊、微縮和檢驗(yàn)方面的挑戰(zhàn)

Q1: 我們終于迎來(lái)了EUV光刻工藝時(shí)代，放眼所有這些工藝節(jié)點(diǎn)，您如何看待它們？您是否看到了市場(chǎng)對(duì)3nm節(jié)點(diǎn)的趨之若鶩？

Rick Gottscho：當(dāng)然，5nm工藝比7nm要困難許多，3nm工藝的難度就更大了。我認(rèn)為現(xiàn)在市場(chǎng)對(duì)7nm工藝的需求還很強(qiáng)勁，對(duì)5nm工藝的需求也將會(huì)很強(qiáng)勁。一些節(jié)點(diǎn)由于沒(méi)有帶來(lái)足夠的收益而曇花一現(xiàn)，我們客戶的客戶可能在尋找下一個(gè)節(jié)點(diǎn)并暫時(shí)觀望。我們很難斷言哪個(gè)節(jié)點(diǎn)將成為“殺手锏”、哪個(gè)會(huì)是曇花一現(xiàn)，但對(duì)先進(jìn)器件的持續(xù)性需求仍然是大勢(shì)所趨。其中，大部分需求是由人工智能中的大數(shù)據(jù)活動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，這讓我們必須處理大量信息。高速處理器、密集處理器和存儲(chǔ)就顯得至關(guān)重要。

Rick Gottscho博士

Q2: 現(xiàn)在有很多不同的存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)，這會(huì)產(chǎn)生什么影響？

Rick Gottscho：很顯然，DRAM的微縮越來(lái)越困難。我們預(yù)計(jì)DRAM仍會(huì)有三代發(fā)展前景，但每一代的成本和性能優(yōu)勢(shì)都在減弱，這一空缺需要填補(bǔ)。因此，介于NAND和DRAM之間的存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存空間便應(yīng)運(yùn)而生，PCRAM（相變存儲(chǔ)器）或XPoint存儲(chǔ)填補(bǔ)了部分空缺，但并非全部。PCRAM或XPoint還可以創(chuàng)造新的終端產(chǎn)品，為市場(chǎng)增長(zhǎng)開辟傳統(tǒng)NAND和DRAM難以企及的新途徑。我們認(rèn)為，替代DRAM的解決方案將不止一種，可能會(huì)有三至四種新形態(tài)共同填補(bǔ)這一空間，對(duì)DRAM市場(chǎng)進(jìn)行替代或部分替代。我們相信，無(wú)論由什么來(lái)填補(bǔ)解決方案空間，它都會(huì)涉及到3D架構(gòu)。

Q3: 泛林集團(tuán)在這之中能夠發(fā)揮什么樣的作用？

Rick Gottscho：我們提供的設(shè)備能夠處理高深寬比結(jié)構(gòu)，不僅僅是垂直結(jié)構(gòu)，還包括水平—垂直組合結(jié)構(gòu)。具體而言是由內(nèi)而外的處理模式，和現(xiàn)今鎢材料處理模式一樣，先將氧化物/氮化物(ONON)或氧化物/多晶硅(OPOP)等材料堆疊組合起來(lái)，再通過(guò)該組合實(shí)現(xiàn)對(duì)高深寬比結(jié)構(gòu)的蝕刻。我們認(rèn)為，由2D NAND轉(zhuǎn)向3D NAND的解決方案將廣泛適用于所有新存儲(chǔ)類型。引入新的材料肯定會(huì)提高復(fù)雜性，尤其是像MRAM堆棧這種結(jié)構(gòu)，除了復(fù)雜以外工藝要求也高，很難進(jìn)行垂直蝕刻。因此，任何高密度的獨(dú)立MRAM至今沒(méi)有出現(xiàn)，都是被嵌入到邏輯中，這是材料特性導(dǎo)致的結(jié)果。

Q4: 達(dá)到192/196層之后，3D NAND的發(fā)展會(huì)變慢嗎？

Rick Gottscho：我們很看好3D NAND的前景，在這個(gè)領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)有兩個(gè)。一是隨著沉積層數(shù)的提升，薄膜應(yīng)力會(huì)持續(xù)累積，最終導(dǎo)致晶圓翹曲并使圖案變形，因此雙層或三層結(jié)構(gòu)的解決方案中，對(duì)齊將成為一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。我們推出的一種新產(chǎn)品能從背面進(jìn)行沉積從而抵消晶片正面的應(yīng)力。此外，我們還推出了能降低薄膜固有應(yīng)力的方案。盡管這些產(chǎn)品和方案有助于防止晶片翹曲，但它們并不能阻止模內(nèi)和面內(nèi)變形，有時(shí)甚至?xí)又剡@種變形，因?yàn)樗鼈儠?huì)讓晶片承受不同方向的壓力，致使晶片就像被鉗子夾住一樣，變得更“平”。所有這些壓力最終會(huì)影響到圖形的準(zhǔn)確性，所以我們要同時(shí)從外部應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力兩個(gè)角度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

Q5: 有了3D NAND，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位密度都增大了，每個(gè)單元也有更多的位。對(duì)此，市場(chǎng)需求是否充足？

Rick Gottscho：從長(zhǎng)期來(lái)看需求十分強(qiáng)勁。在數(shù)據(jù)及其生成和存儲(chǔ)領(lǐng)域，呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)。所有這些用于挖掘數(shù)據(jù)的應(yīng)用都會(huì)為新應(yīng)用提供更多數(shù)據(jù)，因此對(duì)數(shù)據(jù)的需求是無(wú)止境的，并需要永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。你沒(méi)有理由不能挖掘10年前獲取的數(shù)據(jù)并從中提取價(jià)值，前提是這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式便于提取。如果考慮4位和5位單元，泛林集團(tuán)在這方面做得非常成功。你真的在把電流/電壓特性數(shù)字化。分割I(lǐng)/V曲線的精確度取決于這個(gè)器件是否與其相鄰或位于其上的器件看起來(lái)一模一樣。因此，如果存儲(chǔ)孔刻蝕不夠均勻，那么每個(gè)器件都會(huì)與所在陣列的其他器件有些許不同，你就需要進(jìn)行大量的誤差校正，使得“這個(gè)”器件與“那個(gè)”器件的相似度差距在4或5位范圍內(nèi)。在打造3D NAND結(jié)構(gòu)方面，除了誤差校正和啟動(dòng)5位單元的算法和電路外，沉積和刻蝕的加工精度也至關(guān)重要。

Q6: 現(xiàn)在ALE（原子層刻蝕技術(shù)）發(fā)展到哪一步了？

Rick Gottscho：現(xiàn)在已經(jīng)有了批量生產(chǎn)的ALE解決方案，有時(shí)則是準(zhǔn)ALE。正如ALD（原子層沉積技術(shù)）一樣，你永遠(yuǎn)無(wú)法真正到達(dá)極限，因?yàn)檫@一過(guò)程太緩慢了。因此，你會(huì)做出妥協(xié)，通過(guò)接近這一極限來(lái)獲得大部分收益，并處理未達(dá)到極限的不利影響。不管是ALD還是ALE，生產(chǎn)效率和精確度之間都需要達(dá)到一個(gè)平衡。我們所說(shuō)的混合模式脈沖(MMP)其實(shí)就是一種高生產(chǎn)率的方式。在不斷接近ALE極限的過(guò)程中，有一系列工藝被普遍采用。最大的問(wèn)題是，我們能否通過(guò)這一系列工藝，進(jìn)一步得到一個(gè)純ALE或ALD工藝，因?yàn)槠涫找鎸⑹呛芸捎^的。這對(duì)于各向同性刻蝕和各向異性刻蝕都可以適用。由于到處都有柵極，有一個(gè)需要用極高選擇性進(jìn)行處理的各向同性成分。如果能使其具備足夠的生產(chǎn)力，ALE會(huì)是一個(gè)自然的工藝解決方案。這就是ALE面臨的挑戰(zhàn)——如何使其更快。

Q7: 最后一個(gè)問(wèn)題。請(qǐng)您展望一下整個(gè)行業(yè)在未來(lái)幾年的前景，有可能遇到的障礙有哪些？

Rick Gottscho：開發(fā)成本一直是個(gè)大問(wèn)題，工藝缺陷更是個(gè)難題。首先是測(cè)量，除了速度慢和成本高以外，現(xiàn)在測(cè)量的難度也越來(lái)越大。在這種情況下，客戶的最終采樣能力受到了限制。有時(shí)采樣成本過(guò)高致使不得不放棄檢查，當(dāng)然那就要面對(duì)質(zhì)量失控的風(fēng)險(xiǎn)。解決問(wèn)題的希望在于虛擬測(cè)量和數(shù)據(jù)。所以這些挑戰(zhàn)也帶來(lái)了機(jī)遇。而EUV光刻還需要解決缺陷率問(wèn)題。但總的來(lái)說(shuō)，我對(duì)于這些問(wèn)題的解決持樂(lè)觀態(tài)度。我們轉(zhuǎn)向干膜光刻膠的原因之一就是似乎沒(méi)有其他可行方案，尤其是采用High-NA技術(shù)的EUV光刻。但集合整個(gè)行業(yè)的力量，我們最終會(huì)克服這些挑戰(zhàn)的。另一個(gè)問(wèn)題是大數(shù)據(jù)，這個(gè)領(lǐng)域有大量未開發(fā)的機(jī)會(huì)，但問(wèn)題是半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在大數(shù)據(jù)方面，我對(duì)醫(yī)療保健行業(yè)更為樂(lè)觀，這個(gè)行業(yè)可以收集大量的個(gè)人數(shù)據(jù)，進(jìn)行匿名化處理和挖掘后再應(yīng)用于一般人群和個(gè)體，根據(jù)表觀基因組特性打造量身定制的解決方案。如果半導(dǎo)體行業(yè)也能如此將會(huì)是一件很好的事情，我們就可以將很多客戶的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，然后再通過(guò)某種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的多維度挖掘。現(xiàn)在每個(gè)人都認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)的價(jià)值，大家都不愿意放手，但這樣就會(huì)抑制整個(gè)行業(yè)生態(tài)的創(chuàng)新力。