作者/ 迎九 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：應(yīng)用將持續(xù)驅(qū)動(dòng)芯片業(yè)的發(fā)展。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)變到同時(shí)關(guān)注材料和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。預(yù)計(jì)中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)10年內(nèi)翻番，將帶來(lái)半導(dǎo)體制造的興盛。為了迎接10nm以下的挑戰(zhàn)，應(yīng)用材料公司近期推出了三款新產(chǎn)品。

　　在近日應(yīng)用材料公司舉辦的媒體說(shuō)明會(huì)上，應(yīng)用材料中國(guó)公司首席技術(shù)官趙甘鳴博士介紹了從該公司角度看未來(lái)晶圓制造的工藝與材料的發(fā)展趨勢(shì)。

晶圓設(shè)備支出的驅(qū)動(dòng)因素

　　如圖1，從2000年開(kāi)始，驅(qū)動(dòng)晶圓設(shè)備支出(WFE)的驅(qū)動(dòng)元素可以分成三個(gè)階段，第一階段是2000年到2008至2009年，主要是由PC+互聯(lián)網(wǎng)所驅(qū)動(dòng)的，平均每年大概是255億美元的投資，誤差80億美元左右。

　　2010年有新的移動(dòng)+社交媒體模式涌現(xiàn)，這一波行情也是非常振奮人心的，這期間每個(gè)人基本上有一到兩部移動(dòng)手機(jī)或平板電腦，上面有各種各樣的APP應(yīng)用，使生活與社交非常方便。這一波對(duì)晶圓設(shè)備行業(yè)的影響，大概是在原來(lái)的基礎(chǔ)之上又增加了21%。從2010年到2016年，每年約317億美元的支出，每年會(huì)有一些波動(dòng)，波動(dòng)值在27億美元左右?，F(xiàn)在正在經(jīng)歷的這段時(shí)間及再往后，還是相對(duì)比較平穩(wěn)發(fā)展的階段。

　　展望未來(lái)會(huì)有什么事情發(fā)生呢?是人工智能、IoT(物聯(lián)網(wǎng))、大數(shù)據(jù)、智能汽車(chē)、3D打印(增材制造)和個(gè)性化醫(yī)療等，它們都是未來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)或經(jīng)濟(jì)的非常重要的元素。

　　回歸到對(duì)芯片的生產(chǎn)會(huì)有怎樣的變化?例如手機(jī)硅片的內(nèi)容增加了，數(shù)據(jù)爆發(fā)性增長(zhǎng)，電視、物聯(lián)網(wǎng)有顯示器的需求，以及AR/VR、人工智能等，這些終端市場(chǎng)的新需求最終會(huì)反映在半導(dǎo)體芯片的制造技術(shù)上。

　　通常認(rèn)為10/7納米的代工會(huì)變得非常重要，3D NAND也是一種新的非常重要的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，圖案化(patterning)也是趨勢(shì)，即縮小器件由光刻來(lái)主導(dǎo)的方向，變成由材料改變、結(jié)構(gòu)改變來(lái)驅(qū)動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，原來(lái)是靠光刻機(jī)縮小光刻尺寸，現(xiàn)在大家在尋找其他解決方案，把器件的結(jié)構(gòu)由原來(lái)是平面的變成三維的，這就需要通過(guò)材料工程來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外是新的材料、器件會(huì)進(jìn)來(lái)，大家可能會(huì)把原來(lái)傳統(tǒng)的scaling是由光刻工藝決定的，變成增加由材料和結(jié)構(gòu)來(lái)改變的方法。

關(guān)鍵技術(shù)變革推動(dòng)摩爾定律發(fā)展

　　業(yè)內(nèi)在討論摩爾定律是否會(huì)終結(jié)。從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，摩爾定律還是會(huì)繼續(xù)走下去，只是它的表現(xiàn)形式有所改變。可以看到技術(shù)的節(jié)點(diǎn)，十幾年前認(rèn)為是0.25微米，現(xiàn)在已有5納米的加工技術(shù)。光刻波長(zhǎng)在逐漸的縮小，但是到了5納米時(shí)，光刻再往下就很困難了，未來(lái)patterning(圖案化，例如double-patterning, multi- patterning等)在EUV還是有可能的。

　　因此，除了工藝上的變化，還有新材料和3D結(jié)構(gòu)的革新(圖2)。例如，在過(guò)去的一段時(shí)間內(nèi)，28納米、20納米、FinFET等帶來(lái)材料的很大變化，出現(xiàn)了高K金屬柵、鈷襯墊/蓋，然后是3D FinFET(圖3)，所以技術(shù)的延伸由僅靠光刻的縮小，而變成了由材料、結(jié)構(gòu)和尺寸搭配的解決方案。目前有一些挑戰(zhàn)性的解決方案，包括接觸區(qū)創(chuàng)新和新型互聯(lián)材料的解決方案。

　　未來(lái)，F(xiàn)inFET往下是什么?是接觸區(qū)創(chuàng)新，采用SiGe通道還是柵繞式結(jié)構(gòu)，還是有其他的解決方案?這個(gè)大家都在觀望，沒(méi)有一個(gè)非常清晰的共識(shí)。但是10納米、7納米是比較清晰的。

　　從由光刻所決定的scaling變成材料工程器件的改變，這對(duì)材料企業(yè)是有優(yōu)勢(shì)的。應(yīng)用材料公司等企業(yè)正在原子層面上創(chuàng)新或者改變材料，但僅僅是科研還不夠，還要實(shí)現(xiàn)工程化、量產(chǎn)化和工業(yè)化，這是非常重要的。

中國(guó)半導(dǎo)體及晶圓市場(chǎng)瞭望

　　據(jù)國(guó)際商業(yè)戰(zhàn)略(International Business Strategies)公司2016年的預(yù)測(cè)，2016年中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)為1670億美元，十年后翻番(如圖4)。從應(yīng)用材料公司跟相關(guān)客戶(hù)接觸所知，中國(guó)代工和內(nèi)存線加起來(lái)約有十三條線，WFE投資額未來(lái)5年支出大約為200~300億美元。

應(yīng)用材料公司背景

　　應(yīng)用材料公司在材料、服務(wù)和多種產(chǎn)品組合方面擁有優(yōu)勢(shì)。在研發(fā)方面投資巨大，過(guò)去十年的年均投入是10億美元，2015年達(dá)15億美元。公司在晶體管、互聯(lián)、圖案化、封裝和檢測(cè)等半導(dǎo)體制程中居于行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。

　　應(yīng)用材料公司半導(dǎo)體產(chǎn)品事業(yè)部的產(chǎn)品群有八個(gè)：沉積、金屬鍍膜、檢測(cè)、電鍍、熱處理、CMP(平坦化，或稱(chēng)機(jī)械拋光)、刻蝕和離子注入。

　　這些產(chǎn)品的組合為應(yīng)用材料公司與客戶(hù)在最新技術(shù)上的緊密合作提供了機(jī)會(huì)。了解客戶(hù)需要什么，不僅僅是現(xiàn)在量產(chǎn)的問(wèn)題，還有未來(lái)兩三代客戶(hù)思考的問(wèn)題，找到客戶(hù)最需要的技術(shù)，去投資、開(kāi)發(fā)。應(yīng)用材料公司提供的不是單一技術(shù)，而是全套解決方案，這個(gè)對(duì)客戶(hù)來(lái)講非常重要，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候，工藝之間的磨合也是很重要的。拆開(kāi)的工藝現(xiàn)象和整合在一起是不一樣的，無(wú)論是器件的可靠性還是性能，都會(huì)有較大的差異。

應(yīng)用材料公司的三款10nm產(chǎn)品

　　為了迎接10nm以下的挑戰(zhàn)，應(yīng)用材料公司推出了三個(gè)法寶：1nm電子束檢測(cè)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(lái)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(jí)的蝕刻精準(zhǔn)性 - Producer@ SelectraTM。

本文來(lái)源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第11期第6頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。