半导體制造的工藝與材料發展趋势

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作者/ 迎九 《電子產物世界》编纂

擇要：利用将延续驱動芯片業的成长。摩尔定律将继续演進，但情势正產生變革，從注意特性尺寸的缩小，正變化到同時存眷質料和布局立异。估计中國半导體市場10年内翻番，将带来半导體系體例造的昌盛。為了迎接10nm如下的挑战，利用質料公司近期推出了三款新產物。

在近日利用質料公司举行的媒體阐明會上，利用材猜中國公司首席技能官赵甘鸣博士先容了從该公司角度看将来晶圆制造的工藝與質料的成长趋向。

晶圆装备付出的驱動身分

如圖1，從2000年起头，驱動晶圆装备付出(WFE)的驱動元素可以分成三個阶段，第一阶段是2000年到2008至2009年，主如果由PC+互联網所驱動的，均匀每一年大要是255亿美元的投資，偏差80亿美元摆布。

2010年有新的挪動+社交媒體腳氣噴劑,模式出現，這一波行情也是很是振奋人心的，這時代每小我根基上有一到两部移脱手機或平板電腦，上面有各類各样的APP利用，使糊口與社交很是便利。這一波對晶圆装备行業的影响，大要是在本来的根本之上又增长了21%。從2010年到2016年，每一年约317亿美元的付出美白針, ，每一年會有一些颠簸，颠簸值在27亿美元摆布。如今正在履历的這段時候及再日后，仍是相對于比力安稳成长的阶段。

預测将来會有甚麼事變產生呢?是人工智能、IoT(物联網)、大数据、智能汽车、3D打印(增材制造)和個性化醫療等，它们都是将来驱動全部市場或經濟的很是首要的元素。

回归到對芯片的出產會有怎麼的變革?比方手機硅片的内容增长了，数据暴發性增加，電视、物联網有显示器的需求，和AR/VR、人工智能等，這些终端市場的新需求终极會反应在半导體芯片的制造技能上。

凡是認為10/7纳米的代工會變得很是首要，3D NAND也是一種新的很是首要的存储器布局，圖案化(patterning)也是趋向，即缩小器件由光刻来主导的標的目的，酿成由質料扭转、布局扭转来驱動。详细来讲，本来是靠光刻機缩小光刻尺寸，如今大师在寻觅其他解决方案，把器件的布局由本来是平面的酿成三维的，這就必要經由過程質料工程来實現。此外是新的質料、器件會進来，大师可能會把本来傳统的scaling是由光刻工藝决议的，酿成增长由質料和布局来扭转的法子。

關头技能變化鞭策摩尔定律成长

業内涵會商摩尔定律是不是會闭幕。從技能成长的角度来看，摩尔定律仍是會继续走下去，只是它的表示情势有所扭转。可以看到技能的節點，十几年前認為是0.25微米，如今已有5纳米的加工技能。光刻波长在逐步的缩小，可是到了5纳米時，光刻再往下就很坚苦了，将来patterning(圖案化，比方double-patter彰化當舖,ning, multi- patterning等)在EUV仍是有可能的。

是以，除工藝上的變革，另有新質料和3D布局的改造(圖2)。比方，在曩昔的一段時候内，28纳米、20纳米、FinFET等带来質料的很大變革，呈現了高K金属栅、钴衬垫/盖，然后是3D FinFET(圖3)，以是技能的延长由仅靠光刻的缩小，而酿成了由質料、布局和尺寸搭配的解决方案。今朝有一些挑战性的解决方案，包含接触區立异和新型互联質料的解决方案。

将来，FinFET往下是甚麼?是接触區立异，采纳SiGe通道仍是栅绕式布局，仍是有其他的解决方案?這個大师都在张望，没有一個很是清楚的共鸣。可是10纳米、7纳米是比力清楚的。

從由光刻所决议的scaling酿成質料工程器件的扭转，這對質料企業是有上风的。利用質料公司等企業正在原子层面上立异或扭转質料，但仅仅是科研還不敷，還要實現工程化、量產化和工業化，這是很是首要的。

中國半导體及晶圆市場瞭望

据國際贸易计谋(International Business Strategies)公司2016年的展望，2016年中國半导體市場為1670亿美元，十年后翻番(如圖4)。從利用質料公司跟相干客户接触所知，中國代工和内存線加起来约有十三条線，WFE投資結石排出方法,额将来5年付出约莫為200~300亿美元。

利用質料公司布景

利用質料公司在質料、辦事和多種產物组合方面具有上风。在研發方面投資庞大，曩昔十年的年均投入是10亿美元，2015年达15亿美元。公司在晶體管、互联、圖案化、封装和检测等半导體系體例程中居于行業带领職位地方。

利用質料公司半导體產物奇迹部的產物群有八個：沉积、金属镀膜、检测、電镀、热处置、CMP(平展化，或称機器抛光)、刻蚀和离子注入。

這些產物的组合為利用質料公司與客户在最新技能上的合作无懈供给了機遇。领會客户必要甚麼，不但仅是如今量產的問题，另有将来两三代客户思虑的問题，找到客户最必要的技能，去投資、開辟。利用質料公司供给的不是单一技能，而是全套解决方案，這個對客户来说很是首要，由于不少時辰，工藝之間的磨合也是很首要的。拆開的工藝征象和整合在一块儿是纷歧样的，不管是器件的靠得住性仍是機能，城市有较大的差别。

利用質料公司的三款10nm產物

為了迎接10nm如下的挑战，利用質料公司推出了三個寶贝：1nm電子束检测装备 - ProVisionTM，辨别率提高3倍、速率晋升3倍;操纵裂缝按捺型钨填充接触區工藝来低落良率 - Endura@ VoltaTM CVD W和Centura@ iSprintTM ALD/CVD SSW;以冲破性的蚀刻技能實現原子级的蚀刻精准性 - Producer@ SelectraTM。