全球最大半導(dǎo)體設(shè)備商應(yīng)用材料(Applied Materials)于近日宣布，在材料工程上獲得技術(shù)突破，能在大數(shù)據(jù)與人工智能(AI)時代加速芯片效能。Kzpesmc
Applied Materials表示，20年來首樁晶體管接點與導(dǎo)線的重大金屬材料變革，能解除7nm及以下晶圓制程主要的效能瓶頸，由于鎢(W)在晶體管接點的電性表現(xiàn)與銅(Cu)的局部終端金屬導(dǎo)線制程都已經(jīng)逼近物理極限，成為FinFET無法完全發(fā)揮效能的瓶頸，因此芯片設(shè)計者在7nm以下能以鈷(Co)金屬取代鎢與銅，借以增進(jìn)15%的芯片效能。Kzpesmc
采用鈷可優(yōu)化先進(jìn)制程金屬填充情形，延續(xù)7nm以下的制程微縮
鎢和銅是目前先進(jìn)制程所采用的重要金屬材料，然而鎢和銅與絕緣層附著力差，因此都需要線性層（Liner Layer）增加金屬與絕緣層間的附著力。Kzpesmc
此外，為了避免阻止鎢及銅原子擴散至絕緣層而影響芯片電性，必須有阻擋層存在。Kzpesmc
如下圖所示，隨著制程微縮至20nm以下，以鎢 contact制程為例，20nm的Contact CD中，Barrier就占了8nm，Contact中實際金屬層為12nm (金屬填充8nm+ 晶核形成 4nm)，Contact直徑為10nm時，實際金屬層僅剩2nm，以此估算Contact直徑為8nm時將沒有金屬層的容納空間，此時線性層及阻擋層的厚度成了制程微縮瓶頸。Kzpesmc
注：金屬導(dǎo)線及晶體管間的連接通道稱為Contact，由于Contact實際形狀是非常貼近圓柱體的圓錐體。因此Contact CD一般指的是Contact直徑Kzpesmc
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注：圖中Barrier包含Barrier Layer+Liner LayerKzpesmc
▲W Contact的金屬填充情形；source：Applied MaterialsKzpesmc
然而同樣10nm的Contact直徑若采用鈷(如下圖)，其Barrier僅4nm，而實際金屬層則有6nm，相較于采用鎢更有潛力在7nm以下制程持續(xù)發(fā)展。Kzpesmc
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注：圖中Barrier包含Barrier Layer+Liner LayerKzpesmc
▲CO Contact的金屬填充情形；source：Applied MaterialsKzpesmc
金屬材料變革將影響中國半導(dǎo)體設(shè)備的研發(fā)方向
目前中國半導(dǎo)體設(shè)備以蝕刻、薄膜及CMP的發(fā)展腳步最快，此部分將以打入主流廠商產(chǎn)線、取得認(rèn)證并藉此建立量產(chǎn)數(shù)據(jù)為目標(biāo)，朝向打入先進(jìn)制程的前段晶體管制程之遠(yuǎn)期目標(biāo)是相當(dāng)明確。Kzpesmc
然而相較于國際主流半導(dǎo)體設(shè)備廠商的技術(shù)水平，中國半導(dǎo)體設(shè)備廠商仍是追隨者角色，因此鈷取代鎢和銅的趨勢確立，將影響中國半導(dǎo)體設(shè)備廠商尤其是蝕刻、薄膜及CMP的研究發(fā)展方向。Kzpesmc
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