應用材料公司為10nm以下推出三項工藝

　　應用材料公司，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。下面，請隨著電子產品世界編輯一起，走進應用材料公司及下一代半導體制造的世界。

　　應用材料公司一覽

　　“應用材料公司的核心競爭力是材料工程的解決方案。”應用材料中國公司首席技術官趙甘鳴博士娓娓道來：“應用材料公司的特點是產品線多，可提供模塊集成工藝的提升。另外，全球員工近1.5萬人，2015財年營業額約97億美元。”而根據說明會后發布的應用材料公司最新財報，2016該公司財年凈銷售額已達108.3億美元，同比增長12%。

　　下圖為應用材料公司位于美國硅谷的梅丹技術中心，該中心包含一套完整的300mm晶圓制造設備先進實驗室。

　　應用材料公司的業務部門包括半導體產品事業部、全球服務產品事業部、顯示產品與鄰近市場事業部。據統計，應用材料公司半導體設備在全球市場占有率第一，下一步互聯、圖案化、封裝、檢測等是其主攻方向。在工藝方面，在沉積、熱處理方面技術投入很大，機臺是多腔體的平臺架構，在各個界面已開發出原子量級的精準度。

　　追溯晶圓設備支出的驅動因素，來自于應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，現在幾乎到了盡頭，主攻結構的改變，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等往前演進時，帶來了材料的革命。“這對應用材料公司是好事，因為這是我們的專長所在。從高k到銅互聯等的材料工程解決方案，應用材料公司都十分積極。”

　　中國是全球最大的半導體市場，根據已經公布的各項信息，未來5年中國的WFE(晶圓設備支出)資本支出約200~300億美元，約有13條新代工廠和主要內存生產線。應用材料公司已深耕中國市場32年，擁有一支強大的專業團隊。

　　1nm電子束檢測設備PROVisionTM：分辨率高、速度快

　　接下來，應用材料中國公司資深工藝經理李文勝登場，他介紹了應用材料公司的下一代電子束設備檢測設備PROVisionTM，特點之一是分辨率高(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，應用材料公司的方法是高電流密度時也可檢測。另一特點是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工藝來提高良率

　　對于這個題目，應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?因為還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，電阻和良率影響了器件性能。 在10nm及以下，電阻影響突出，對手機等電子產品的性能影響大。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(化學氣相沉積 鎢)可有效降低鎢薄膜的電阻，Centura@ iSprintTM ALD/CVD SSW(化學氣相沉積 縫隙抑制型鎢填充工藝)可大大提高良率。

　　選擇性材料技術帶來蝕刻工藝新突破

　　在談及半導體行業發展趨勢時，英特爾、三星、美光等公司均談到了材料在半導體制造中的重要性，因此由材料驅動的尺寸縮小便扮演了推動摩爾定律發展的關鍵。而應用材料公司在蝕刻工藝上帶來了突破性的產品。

　　蝕刻，筆者理解，就像雕刻一樣，但不是用刀，而是用化學腐蝕的方法，把沒用的半導體材料去除。在10nm工藝時，要蝕刻出數以億計的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帶來蝕刻工藝的突破。傳統有干法蝕刻和濕法蝕刻，應用材料公司有新的選擇性蝕刻工具SelectraTM系統，應用范圍廣，可用于double patterning/multi-patterning、FinFET等。對于FinFET，因為SelectraTM的方法是氣態的，不是液態的，蝕刻可以更精準，而且氣體比液體更環保。對于下一代的GAA結構，3D NAND器件希望所有的蝕刻一樣，即側向均勻，過去對待單元不均勻通常需要用軟件修正，現在SelectraTM系統可一次搞定。但SelectraTM的弱點是速度較慢，因為要原子一層層剝離，像剝洋蔥一樣。

　　小結

　　摩爾定律將繼續演進，但形式正發生變化，從注重特征尺寸的縮小，正轉變到關注材料和結構等創新，這也給應用材料公司帶來了機會。為了迎接10nm以下的挑戰，應用材料公司推出了三個法寶：1nm電子束檢測設備 - 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實現原子級的蝕刻精準性 - Producer@ SelectraTM。