作者：泛林集團公司副總裁兼電介質原子層沉積產品總經理 Aaron Fellis

隨著電子設備精密化，人們愈發要求半導體技術能以更低的成本實現更優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過渡也已經開始，FinFET（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) 架構展示出極大優勢。許多人期待著動態隨機存儲器 (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。

制造方法和技術的持續進步對于實現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、材料工程和數據科學的發展邊界，以提供所需的設備解決方案。利用數據的力量是將這些技術投入生產的突破點。我們正在從我們的設備中收集更豐富的數據，并使用更先進的數據科學技術將其轉化為可在數百萬個晶圓上重復的工藝。

半導體行業在應對3D時代的挑戰時，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大批量生產

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展，以經濟可行的方式滿足一系列要求。在單個工藝腔室中實現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。在最具挑戰性的大批量生產中，這個方法或許可以加速可靠薄膜的創建。

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，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摩爾定律

隨著硅的微縮成本越來越高，在技術節點間保持和以前一樣的開發時間也變得更具有挑戰性。芯片制造商正在采用基于小芯片的解決方案，以實現硅以外的微縮。封裝在推進系統級封裝集成和延續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新的清潔和電鍍技術。

4. 數據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品的研發，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商帶來新的洞察和更高的效率。數據也日漸成為制造工藝中的關鍵資源。腔室內的傳感器可以監測設備的一致性并幫助快速檢測問題。例如，泛林集團開創性的自感知Sense.i?平臺能將數據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平臺能提供繼續推進均勻性和刻蝕輪廓控制所需的關鍵刻蝕技術，以實現良率最優化并降低晶圓成本。Sense.i使半導體制造商能夠捕捉并分析數據，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量。

5. 可持續的創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年實現零碳排放，以及2022年SEMI全球半導體氣候聯盟的成立所表明的那樣，人們越來越關注可持續發展。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，其不斷增長正挑戰著晶圓制造設備商和芯片制造商在3D時代不斷創新現有的方法和材料。持續的合作、創新和新的突破需要采用新的方法并利用豐富的數據，將會是推動進步和可持續制造以實現前沿技術的關鍵。

本文轉載自： 泛林集團微信公眾號

審核編輯 黃宇