強化先進製程技術 新材料運用蓄勢待發

作者: 侯冠州
2019 年 10 月 07 日

物聯網、工業自動化、人工智慧、自動駕駛、5G通訊等應用對晶片性能要求越來越高,為此,除了半導體技術、架構須持續演進外,材料也是推動半導體先進製程的其中一項關鍵。為此,半導體材料供應商如英特格(Entegris) ,便致力投入先進材料測試、發展,並提供半導體生態系統一貫的解決方案,協助晶圓代工、封裝等業者因應各種挑戰。

英特格資深首席科學家鄭君飛表示,要強化晶片效能,不外乎就是從三大面向著手,分別是製程、架構和材料。製程方面就是不斷朝微縮化發展,像是從16、14奈米一直邁進到7奈米、5奈米等;而架構則是從Planar到FinFET,再轉向GAA發展。然而,當製程、架構開始遇到瓶頸(如技術、成本)而難以有效增強晶片性能時,便可從材料著手。

鄭君飛說明,簡而言之,為了迎接這些挑戰,不同時期有不同策略。在個人電腦時代仰賴微縮技術,因為裝置也越來越小;到了行動裝置時代則導入新的材料增加效能,以延續摩爾定律。到了今天這個時代,不只需要微縮技術,更仰賴3D技術以及新的架構。過程中,材料技術不斷演進,且應用的材料本質也開始改變。為此,英特格也不斷嘗試新材料於半導體製程的研發。

英特格資深首席科學家鄭君飛表示,英特格的使命是運用科學為基礎提供解決方案,協助半導體客戶在先進製程上應對各種挑戰。

像是在閘極全環(GAA)結構導入鍺(Ge)。英特格指出,在GAA結構中,可能需要用到多個堆疊的奈米線,才能在特定的體積下提供足夠的開啟電流以獲得高速效能。而鍺的電洞遷移率高於矽,因此可以提升P型金氧化半導體(PMOS)電晶體速度,有利在5奈米下的製程實現減少耗電、提升性能的目標。

除了嘗試在GAA架構導入鍺外,英特格也嘗試了將導線材料從銅轉成鈷的測試。當電晶體體積縮小,傳統的銅(Cu)導線將會到達微縮下限,特別是當製程走到10奈米以下時,銅線電阻會迅速增加;而若果改用可適用較薄阻障層的鈷(Co)金屬,則可規避掉這個問題。當鈷金屬導體體積變大,接觸電阻就會跟著變小。

鄭君飛表示,在先進半導體製程導入新材料,目前仍是在測試階段,雖說已可確認這些新材料有助於先進半導體製程發展,但仍有許多挑戰待克服,像是可靠性、如何量產、價格等。英特格未來會持續投入相關研究,運用科學為基礎提供解決方案,協助半導體客戶在先進製程上應對各種挑戰。

鄭君飛也說,在半導體先進製程中,需要新的金屬材料去提高阻抗與可靠度,當金屬材料改變時,下游製程,像是如何清洗都須要一併改變,因此,半導體製程中導入新的材料絕對不是一個簡單的過程。因此,該公司也會提供半導體生態系統一貫的解決方案,像是汙染控制、晶圓運送/儲存、化學品安全等。

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