作者：泛林集團公司副總裁兼電介質原子層沉積產(chǎn)品總經(jīng)理 Aaron Fellis

隨著電子設備精密化，人們愈發(fā)要求半導體技術能以更低的成本實現(xiàn)更優(yōu)的性能和更大的容量。這些趨勢推動了半導體技術的重大進步，在過去十年中2D NAND逐漸過渡到3D NAND。

邏輯領域的3D過渡也已經(jīng)開始，F(xiàn)inFET（鰭式場效應晶體管）技術讓位于全包圍柵極 (GAA) 晶體管和互補場效應晶體管 (CFET) 架構展示出極大優(yōu)勢。許多人期待著動態(tài)隨機存儲器 (DRAM) 也能在未來跟進。然而，在3D時代，半導體微縮非常困難：芯片制造商需應對每一個新節(jié)點上不斷提升的復雜性，同時面臨兼顧提升晶體管密度和降低功耗的挑戰(zhàn)。

制造方法和技術的持續(xù)進步對于實現(xiàn)并進一步推動下一代GAA晶體管、DRAM架構和3D NAND器件（目前已包含200多層）的微縮至關重要。為了制造具有納米級精度和成本結構合適的芯片，像泛林集團這樣的晶圓制造設備商需要推動等離子體物理學、材料工程和數(shù)據(jù)科學的發(fā)展邊界，以提供所需的設備解決方案。利用數(shù)據(jù)的力量是將這些技術投入生產(chǎn)的突破點。我們正在從我們的設備中收集更豐富的數(shù)據(jù)，并使用更先進的數(shù)據(jù)科學技術將其轉化為可在數(shù)百萬個晶圓上重復的工藝。

半導體行業(yè)在應對3D時代的挑戰(zhàn)時，有五個值得關注的潛在趨勢。

1.多功能工藝腔室將刻蝕和沉積更緊密地結合在一起以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)

隨著薄膜變得更加復雜和精細，以及縱向和橫向填充和去除的要求增加，芯片制造工藝必須不斷發(fā)展，以經(jīng)濟可行的方式滿足一系列要求。在單個工藝腔室中實現(xiàn)多種功能可能是一個有效途徑，它需要整合不同的沉積或刻蝕技術來處理3D結構的需求，甚至需要同時整合沉積和刻蝕技術，以更好地覆蓋3D外形和原位修復工藝。在最具挑戰(zhàn)性的大批量生產(chǎn)中，這個方法或許可以加速可靠薄膜的創(chuàng)建。

2. 更先進的邏輯芯片需要更先進的互連金屬

鎢和氧化鎢已經(jīng)開始在一些邏輯互連中取代大馬士革銅。隨著3D時代的微縮持續(xù)，晶圓制造技術正在擴展常用金屬的邊界，以降低電阻和功耗，并減少信號損失。為了后端的應用，人們也在不斷探索鉬等替代金屬。

3. 小芯片集成將推進微縮以延續(xù)摩爾定律

隨著硅的微縮成本越來越高，在技術節(jié)點間保持和以前一樣的開發(fā)時間也變得更具有挑戰(zhàn)性。芯片制造商正在采用基于小芯片的解決方案，以實現(xiàn)硅以外的微縮。封裝在推進系統(tǒng)級封裝集成和延續(xù)摩爾定律方面起著重要作用。

硅通孔刻蝕和電鍍解決方案在先進封裝解決方案的高深寬比集成中至關重要。為了滿足下一級互連的要求，也需要新的基于基板的方法。泛林集團通過對SEMSYSCO的收購，擴大了集團封裝產(chǎn)品的組合，為小芯片間或小芯片和基板間的異構集成帶來了創(chuàng)新的清潔和電鍍技術。

4. 數(shù)據(jù)洞察將提高運營效率

基于人工智能的預測性建模技術正在加快產(chǎn)品的研發(fā)，并使芯片制造商能夠更快地進入制造階段，同時為設備和工藝開發(fā)商帶來新的洞察和更高的效率。數(shù)據(jù)也日漸成為制造工藝中的關鍵資源。腔室內(nèi)的傳感器可以監(jiān)測設備的一致性并幫助快速檢測問題。例如，泛林集團開創(chuàng)性的自感知Sense.i?平臺能將數(shù)據(jù)智能與先進的等離子體刻蝕技術結合在一個緊湊的高密度架構中，以提供高生產(chǎn)率的工藝性能。

在泛林集團Equipment Intelligence?（設備智能）技術的支持下，Sense.i平臺能提供繼續(xù)推進均勻性和刻蝕輪廓控制所需的關鍵刻蝕技術，以實現(xiàn)良率最優(yōu)化并降低晶圓成本。Sense.i使半導體制造商能夠捕捉并分析數(shù)據(jù)，包括圖形識別，并指定改進措施。Sense.i還具有自主校準和維護功能，可減少停機和勞動力成本，同時提供機器學習算法，使設備能夠自適應、以最大限度減少工藝變化并提高晶圓產(chǎn)量。

5. 可持續(xù)的創(chuàng)新將帶來用料更少的高性能芯片

正如泛林集團在2021年所提出的目標：到2030年100%使用可再生能源，到2050年實現(xiàn)零碳排放，以及2022年SEMI全球半導體氣候聯(lián)盟的成立所表明的那樣，人們越來越關注可持續(xù)發(fā)展。許多芯片制造商正在尋找制造設備和技術，在提供合適的性能和成本結構的同時，支持其實現(xiàn)降低功耗和減少用料的長期目標。

結論

精密的電子設備需要日益先進的半導體技術，其不斷增長正挑戰(zhàn)著晶圓制造設備商和芯片制造商在3D時代不斷創(chuàng)新現(xiàn)有的方法和材料。持續(xù)的合作、創(chuàng)新和新的突破需要采用新的方法并利用豐富的數(shù)據(jù)，將會是推動進步和可持續(xù)制造以實現(xiàn)前沿技術的關鍵。

本文轉載自： 泛林集團微信公眾號

審核編輯 黃宇