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半導(dǎo)體設(shè)備龍頭應(yīng)用材料推出多項創(chuàng)新技術(shù)，協(xié)助客戶運用極紫外光（EUV）持續(xù)進行2D微縮，并展示業(yè)界最完整的次世代3D環(huán)繞閘極（Gate-All-Around，GAA）晶體管制造技術(shù)組合。
芯片制造商正試圖透過兩個可相互搭配的途徑來增加未來幾年的晶體管密度。一種是依循傳統(tǒng)摩爾定律的2D微縮技術(shù)，使用EUV微影系統(tǒng)與材料工程以縮小線寬。另一種是使用設(shè)計技術(shù)優(yōu)化（DTCO）與3D技術(shù)，巧妙地藉由優(yōu)化邏輯單元布局來增加密度，而不需要改變微影間距。
第二種方法需要使用晶背電源分配網(wǎng)絡(luò)與環(huán)繞閘極晶體管，隨著傳統(tǒng)2D微縮技術(shù)逐漸式微，未來預(yù)計能有效提升邏輯單元密度的比率。這些方法能幫助芯片廠商改善次世代邏輯芯片的功率、效能、單位面積、成本與上市時間（PPACt）。
應(yīng)用材料半導(dǎo)體資深副總裁暨半導(dǎo)體產(chǎn)品事業(yè)群總經(jīng)理帕布．若杰（Prabu Raja）表示，”應(yīng)用材料的策略是成為PPACt推動公司（PPACt enablement company），因此今天發(fā)表的七項創(chuàng)新技術(shù)，其目的就是要協(xié)助客戶運用EUV以持續(xù)進行2D微縮。我們也詳細說明GAA晶體管的制造方式與今日的FinFET晶體管有何不同，以及應(yīng)用材料為GAA的制造提供業(yè)界最完整的產(chǎn)品組合，包括在磊晶、原子層沉積、選擇性去除材料的新步驟及兩種新整合性材料解決方案（Integrated Materials Solutions），以產(chǎn)生合適的GAA閘極氧化層與金屬閘極?！?/section>
極紫外光（EUV）微影技術(shù)的出現(xiàn)，讓芯片制造商得以實現(xiàn)更小的線寬與更高的晶體管密度。然而，芯片制程不斷微縮，使得EUV技術(shù)面臨重大挑戰(zhàn)，因而帶動新的沉積、蝕刻與量測技術(shù)需求。
EUV光阻劑顯影后，必須透過一連串的中介層（又稱為轉(zhuǎn)移層與硬質(zhì)光罩）蝕刻芯片圖案，才能將圖案轉(zhuǎn)移至晶圓上。目前這些薄層都是使用旋轉(zhuǎn)式技術(shù)進行沉積，應(yīng)用材料推出專為EUV設(shè)計的Stensar先進圖案化薄膜（Advanced Patterning Film），則是使用應(yīng)用材料的Precision化學(xué)氣相沉積（CVD）系統(tǒng)。相較于旋轉(zhuǎn)式沉積技術(shù)，應(yīng)用材料的CVD薄膜能協(xié)助客戶調(diào)整EUV硬質(zhì)光罩層的厚度并獲得蝕刻彈性，讓轉(zhuǎn)移至整個晶圓的EUV圖案達到近乎完美的均勻度。
應(yīng)用材料詳述了Sym3 Y蝕刻系統(tǒng)的特殊功能，能讓客戶在相同反應(yīng)室中蝕刻與沉積材料，以改善要蝕刻到晶圓上的EUV圖案。Sym3反應(yīng)室會小心地移除EUV光阻劑，再使用特殊方式重新沉積材料，以減少隨機誤差所造成的圖案偏差。改善后的EUV圖案可以提高良率與芯片功率和效能。身為DRAM導(dǎo)體材料蝕刻系統(tǒng)最大供貨商，應(yīng)用材料的Sym3技術(shù)不僅已廣泛應(yīng)用于內(nèi)存，更迅速獲得晶圓代工／邏輯制程客戶的青睞。
應(yīng)用材料展示了PROVision電子束（eBeam）量測技術(shù)，可穿透芯片的多層結(jié)構(gòu)，準確量測整個晶圓的EUV圖案線寬，幫助客戶解決邊緣放置（edge placement）錯誤，這是其他量測技術(shù)無法做到的。在2021年，應(yīng)用材料的電子束系統(tǒng)營收成長了將近一倍，并成為電子束技術(shù)第一大供貨商。
新興的GAA晶體管體現(xiàn)了客戶如何利用3D設(shè)計技術(shù)和DTCO布局創(chuàng)新來補強2D微縮，因此即使2D微縮技術(shù)式微，仍能快速提高邏輯密度。創(chuàng)新的材料工程解決方案也改善了GAA晶體管的功率和效能。
在FinFET中，形成晶體管電氣路徑的垂直信道是藉由微影和蝕刻形成的，這些制程可能導(dǎo)致信道寬度以及信道表面粗糙程度不均勻，進而對功率和效能產(chǎn)生負面的影響，這是除了鰭高的物理限制外，客戶轉(zhuǎn)向GAA的主要原因之一。
GAA晶體管類似被旋轉(zhuǎn)了90度的FinFET晶體管，使通道變成水平狀而非垂直狀。GAA通道是利用磊晶和選擇性材料去除技術(shù)所形成，這些技術(shù)可讓客戶精確設(shè)計寬度和均勻性，以達到最佳的功率和效能。應(yīng)用材料推出的第一個產(chǎn)品是磊晶系統(tǒng)，此后即一直是市場領(lǐng)導(dǎo)者。應(yīng)用材料在2016年推出Selectra系統(tǒng)時，就開創(chuàng)了選擇性材料去除技術(shù)的先河，并且是市場的領(lǐng)導(dǎo)者，至今客戶使用的反應(yīng)室已超過1,000個。
制造GAA晶體管的主要挑戰(zhàn)之一是，通道之間的空間只有10奈米左右，客戶必須在有限的空間內(nèi)將多層閘極氧化層（gate oxide）和金屬閘極堆棧沉積在信道的四面。
應(yīng)用材料針對閘極氧化層堆棧開發(fā)了IMS（Integrated Materials Solution）系統(tǒng)。更薄的閘極氧化層可以產(chǎn)生更高的驅(qū)動電流和晶體管效能。然而，較薄的閘極氧化層通常會導(dǎo)致較高的漏電流，從而浪費功耗并產(chǎn)生熱能。
應(yīng)用材料新的IMS系統(tǒng)將等效氧化厚度縮減1.5埃（angstrom），使設(shè)計者能夠在不增加閘極漏電的情況下提高效能，或者在保持效能不變的情況下將閘極漏電減少10倍以上。此系統(tǒng)它將原子層沉積（ALD）、熱處理步驟、電漿處理步驟和量測技術(shù)整合在一個高度真空的系統(tǒng)中。
應(yīng)用材料還展示了用于GAA金屬閘極堆棧工程設(shè)計的IMS系統(tǒng)，使客戶能夠改變閘極厚度，以調(diào)整晶體管的閾值電壓，滿足從電池供電的行動裝置到高效能服務(wù)器等特殊運算應(yīng)用的每瓦效能目標。它可在高度真空中執(zhí)行高精度的金屬ALD步驟，實現(xiàn)預(yù)防大氣污染的目標。
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：應(yīng)用材料推出運用EUV延展2D微縮與3D環(huán)繞閘極晶體管技術(shù)
