在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的當(dāng)下，每一次技術(shù)革新都如同在芯片制造的賽道上注入了一劑強心針。近日，半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域的巨頭泛林集團Lam Research重磅宣布，正式推出全球首型鉬原子層沉積設(shè)備ALTUS Halo，這一消息猶如一顆石子投入平靜湖面，在半導(dǎo)體行業(yè)激起千層浪，該設(shè)備已成功應(yīng)用于邏輯半導(dǎo)體和3D NAND領(lǐng)域，展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。
回顧半導(dǎo)體工藝的發(fā)展歷程，在芯片上金屬布線元器件互聯(lián)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，鎢（W）曾經(jīng)長期占據(jù)著主導(dǎo)地位。在過去相當(dāng)長的一段時間里，鎢憑借其極為出色的溝槽填充能力，在半導(dǎo)體制造工藝中扮演著舉足輕重的角色。當(dāng)芯片制造工藝還處于較低制程階段時，對金屬布線材料的要求更多集中在能否精準(zhǔn)、完整地填充微小溝槽，確保電路連接的穩(wěn)定性。而鎢在這方面表現(xiàn)堪稱卓越，其原子結(jié)構(gòu)特性使其能夠在復(fù)雜的芯片微結(jié)構(gòu)中，以高度有序的方式填充溝槽，為芯片內(nèi)部錯綜復(fù)雜的電路搭建起可靠的物理連接橋梁，保障了電子信號在芯片內(nèi)部的順暢傳輸，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)早期的蓬勃發(fā)展立下了汗馬功勞。
鉬元素圖片
然而，隨著半導(dǎo)體制程技術(shù)朝著更加精密的方向不斷邁進，摩爾定律持續(xù)推動著芯片朝著更小尺寸、更高集成度發(fā)展。當(dāng)制程工藝進入到納米級別的深亞微米時代，鎢電阻較高的劣勢逐漸浮出水面。在極其微小的芯片電路中，電阻的微小增加都會導(dǎo)致信號傳輸過程中的能量損耗顯著上升，進而影響芯片的運行速度和能效表現(xiàn)。例如，在高頻高速的芯片運算場景下，較高的電阻會使得電子信號在金屬布線中傳輸時產(chǎn)生延遲，降低了芯片整體的數(shù)據(jù)處理速度，并且過多的能量損耗還會轉(zhuǎn)化為熱量，給芯片的散熱系統(tǒng)帶來極大壓力，甚至可能引發(fā)芯片過熱故障，嚴(yán)重制約了芯片性能的進一步提升。
就在這個關(guān)鍵節(jié)點，鉬元素脫穎而出，成為了半導(dǎo)體布線工藝的新寵。鉬在溝槽填充和電阻兩方面展現(xiàn)出了極為優(yōu)秀的綜合性能。從溝槽填充角度來看，鉬原子具備獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，使其能夠在先進的原子層沉積工藝下，以精準(zhǔn)、均勻的方式填充到極細微的溝槽結(jié)構(gòu)中，滿足了現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝對高精度填充的嚴(yán)苛要求。同時，鉬的電阻相較于鎢明顯更低，這意味著在相同的電路條件下，電子信號通過鉬布線時能夠?qū)崿F(xiàn)更快的傳輸速度，極大地降低了信號延遲，顯著提升了芯片的數(shù)據(jù)處理效率。此外，較低的電阻還能有效減少能量損耗和發(fā)熱問題，為芯片在高性能運行狀態(tài)下的穩(wěn)定性提供了有力保障，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)突破制程瓶頸、實現(xiàn)技術(shù)飛躍提供了新的可能。
芯片圖片
ALTUS Halo作為一款專門向半導(dǎo)體注入鉬的設(shè)備，無疑成為了這場半導(dǎo)體材料革新的核心“武器”。它巧妙地將泛林獨有的四站模塊架構(gòu)與ALD（原子層沉積）技術(shù)的最新進展完美融合。四站模塊架構(gòu)為設(shè)備帶來了高效的生產(chǎn)流程，每個站點各司其職，從晶圓預(yù)處理、鉬原子沉積到后處理等環(huán)節(jié)緊密配合，極大地提高了生產(chǎn)效率，滿足了半導(dǎo)體大規(guī)模生產(chǎn)的需求。而ALD技術(shù)的新進展，則確保了鉬原子能夠以原子級別的精度逐層沉積在芯片表面，形成高質(zhì)量、低缺陷的鉬金屬層。這種工程化的低電阻率鉬沉積技術(shù)，正是當(dāng)下新興以及未來芯片變革的關(guān)鍵需求所在。無論是千層3D NAND，其需要在有限的空間內(nèi)構(gòu)建多層存儲結(jié)構(gòu)，對材料的填充和電學(xué)性能要求極高；還是4F2 DRAM，追求更高的存儲密度和更快的讀寫速度；亦或是先進GAA邏輯電路，對電路的精準(zhǔn)控制和信號傳輸速度有著嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，ALTUS Halo所提供的低電阻率鉬沉積都成為了實現(xiàn)這些技術(shù)突破的重要支撐。
美光負(fù)責(zé)NAND開發(fā)的公司副總裁對這一技術(shù)變革給予了高度評價。他指出，鉬金屬化的集成使得美光在最新一代NAND產(chǎn)品中能夠率先推出業(yè)界領(lǐng)先的I/O帶寬和存儲容量。在如今數(shù)據(jù)爆炸的時代，存儲設(shè)備對數(shù)據(jù)傳輸速度和存儲容量的需求呈指數(shù)級增長。鉬金屬化的應(yīng)用，或讓美光的NAND產(chǎn)品在I/O帶寬方面實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，能夠更快地讀寫數(shù)據(jù)，大大提高了存儲設(shè)備與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交互效率。同時，在存儲容量上，借助鉬材料在先進制程工藝下的優(yōu)勢，美光或得以在有限的芯片空間內(nèi)集成更多的存儲單元，顯著提升了存儲容量。
隨著ALTUS Halo設(shè)備的推出和鉬在半導(dǎo)體領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正站在一個新的技術(shù)十字路口。未來，在鉬元素和先進設(shè)備的雙重加持下，半導(dǎo)體芯片有可能在性能、功耗、集成度等方面實現(xiàn)更大的突破，為人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展提供更強大的“心臟”，推動整個科技產(chǎn)業(yè)邁向新的高度。
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