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新工藝面臨技術挑戰 半導體材料時代來臨

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2016/8/18     瀏覽次數:    

  在消費電子與綠色能源需求的推動下,新型半導體材料將更多地在生產中得到應用,新材料的使用同時也是降低成本的需求。此外,新的工藝技術也會對材料提出新的要求。

  隨著半導體技術向45nm、32nm延伸,越來越多的新材料將在生產中采用。2007年半導體材料的銷售額已達到了420億美元,占半導體產業的16%,與半導體設備銷售額持平。據SEMI(國際半導體設備及材料協會)預測,到2010年,半導體材料的銷售額將達到530億美元。2008中國國際半導體材料研討會3月19日-20日在上海與SEMICONChina同期召開,半導體材料越來越引起業界的關注。
  新材料研發投入與日俱增
  半導體產業2007年的銷售額達到了2590億美元,在過去的5年中平均增長率為9.5%。半導體材料的銷售額占半導體產業的16%,為此,全球半導體制造公司、設備與材料公司在新材料方面的人力與資金投入都與日俱增。據了解,中芯國際45nm研發團隊中就有超過一半的人在從事新材料的研發。“半導體材料是集成電路產業的基礎,材料技術的發展使集成電路技術的升級成為可能。”科技部副部長曹健林在中國國際半導體材料研討會上如是說。
  美國AirProducts先進集成材料總監DanO‘Connell認為,半導體材料時代已經來臨,在消費電子與綠色能源需求的推動下,半導體產業不斷發展,新材料和新元素將更多地在生產中得到應用。如何選擇與鑒定最合適的材料,如何預測材料對薄膜及工藝性能的影響,如何將新材料從研發快速轉入大規模生產,成為材料時代的新挑戰。
  隨著45nm技術時代的來臨,新材料在半導體前道和后道工藝中都得到了日益廣泛的應用。Praxair公司研發總監兼中國國際半導體材料研討會技術委員會主席黃丕成介紹說,半導體制造中通常有6個典型的工藝步驟,分別為光刻、化學機械拋光(CMP)、刻蝕、電鍍、薄膜淀積和離子注入工藝。在45nm技術中,新材料不僅包括新的光刻膠、更好的CMP工藝研磨液與研磨墊,也包括刻蝕工藝中的氣體與試劑、電鍍與薄膜淀積中的新材料與試劑。黃丕成認為,在前段工藝過程中的高k(介電常數)金屬柵與應力硅材料以及后段工藝過程中的低k與阻擋層材料及相關工藝,都是當今半導體制造產業研究熱點中的熱點。
  亞洲是最大半導體材料市場
  中國半導體材料市場發展迅速,SEMI預計,中國半導體材料銷售額2008年將達到40.3億美元,較2007年增長23%,增長率居全球首位。
  與半導體設備行業相比,材料產業相對穩定,沒有很大的跌宕起伏。最近5年的年平均增長率為11%。與設備行業類似,亞洲地區的增長速率高于全球平均水平,其中中國的增長為21%,居全球第一。
  產業對新材料的需求對供應商來說也是市場機遇所在。納米時代,如何開發出能夠滿足技術性能要求的產品,如何降低材料的成本,如何實現新材料的大規模生產,如何滿足環保與安全的需求,這些都是材料供應商的機遇與挑戰。
  未來的半導體技術發展最離不開的就是材料的革新。碳納米管、可印刷集成電路等在未來的幾年都將逐漸走進市場。黃丕成認為,新材料研究的目標不僅在于滿足技術的要求,應對技術挑戰,同時降低成本也是業界的一大需求,這是追隨摩爾定律的必然結果。
  與半導體相關的太陽能、FPD(平板顯示器)等產業也拉動了對新材料的需求。半導體材料的銷售額占半導體產業的16%,2007年的銷售額為410億美元,其中60%來自前道,40%來自后道。64%來自亞洲,13%來自北美,9%來自歐洲。因此,包括中國在內的亞洲地區是目前最大的半導體材料市場。
  新材料迎合新工藝需求
  專家認為,在光刻、CMP、刻蝕等領域都存在著一些材料與工藝技術的挑戰。黃丕成介紹說,在光刻領域,為了實現更小的技術節點,提高分辨率就成為必然。浸入式光刻、EUV(遠紫外線光刻)、雙掩模等新技術的出現就會對光刻膠材料與結構提出更多的要求。
  黃丕成認為,介電材料的選擇與集成對降低晶體管的RCDelay(電阻-電容延遲時間)也是至關重要的。因此對低k介電材料的研究與應用一直是業界的一個關注點。不僅材料公司在關注這一問題,設備公司對此也極為重視,包括應用材料、諾發等公司都有專門的研發隊伍與自己獨特的產品,這說明他們都認識到工藝集成中離不開材料。應用材料公司的BlackDiamond技術與諾發的Coral技術都已在實際生產中得到了廣泛的應用。而且隨著線寬的減小,低k材料也在不斷地升級,這也為互連工藝中的銅與低k材料的CMP工藝帶來了挑戰。
  英特爾在45nm首先引入了高k金屬柵工藝,而高k金屬柵在32nm會被更多地采納與應用。這是應對漏電問題的根本解決方案。為此,不僅材料廠商在探索與實驗,積極尋找各種備選材料,英特爾、臺積電、中芯國際等廠商也在研發隊伍中投入了更多的人力從事材料的研發。
  中國市場較其他地區而言是獨一無二的。中國的客戶非常多元化,包括國有企業、中外合資公司和外商獨資公司等。甚至在技術方面,中國范圍內也存在較大差異,從較早的4英寸晶圓技術到尖端的45nm工藝技術,在中國都能找到足跡。無論是設備市場還是材料市場,中國無疑是最受關注的。
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