新工藝面臨技術(shù)挑戰(zhàn)半導(dǎo)體材料時(shí)代來(lái)臨

　　在消費(fèi)電子與綠色能源需求的推動(dòng)下，新型半導(dǎo)體材料將更多地在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，新材料的使用同時(shí)也是降低成本的需求。此外，新的工藝技術(shù)也會(huì)對(duì)材料提出新的要求。

　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)向45nm、32nm延伸，越來(lái)越多的新材料將在生產(chǎn)中采用。2007年半導(dǎo)體材料的銷售額已達(dá)到了420億美元，占半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的16%，與半導(dǎo)體設(shè)備銷售額持平。據(jù)SEMI(國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì))預(yù)測(cè)，到2010年，半導(dǎo)體材料的銷售額將達(dá)到530億美元。2008中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體材料研討會(huì)3月19日-20日在上海與SEMICONChina同期召開，半導(dǎo)體材料越來(lái)越引起業(yè)界的關(guān)注。

　　新材料研發(fā)投入與日俱增

　　半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)2007年的銷售額達(dá)到了2590億美元，在過(guò)去的5年中平均增長(zhǎng)率為9.5%。半導(dǎo)體材料的銷售額占半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的16%，為此，全球半導(dǎo)體制造公司、設(shè)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(jù)了解，中芯國(guó)際45nm研發(fā)團(tuán)隊(duì)中就有超過(guò)一半的人在從事新材料的研發(fā)。“半導(dǎo)體材料是集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，材料技術(shù)的發(fā)展使集成電路技術(shù)的升級(jí)成為可能。”科技部副部長(zhǎng)曹健林在中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體材料研討會(huì)上如是說(shuō)。

　　美國(guó)AirProducts先進(jìn)集成材料總監(jiān)DanO‘Connell認(rèn)為，半導(dǎo)體材料時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，在消費(fèi)電子與綠色能源需求的推動(dòng)下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，新材料和新元素將更多地在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。如何選擇與鑒定最合適的材料，如何預(yù)測(cè)材料對(duì)薄膜及工藝性能的影響，如何將新材料從研發(fā)快速轉(zhuǎn)入大規(guī)模生產(chǎn)，成為材料時(shí)代的新挑戰(zhàn)。

　　隨著45nm技術(shù)時(shí)代的來(lái)臨，新材料在半導(dǎo)體前道和后道工藝中都得到了日益廣泛的應(yīng)用。Praxair公司研發(fā)總監(jiān)兼中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體材料研討會(huì)技術(shù)委員會(huì)主席黃丕成介紹說(shuō)，半導(dǎo)體制造中通常有6個(gè)典型的工藝步驟，分別為光刻、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、刻蝕、電鍍、薄膜淀積和離子注入工藝。在45nm技術(shù)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(rèn)為，在前段工藝過(guò)程中的高k(介電常數(shù))金屬柵與應(yīng)力硅材料以及后段工藝過(guò)程中的低k與阻擋層材料及相關(guān)工藝，都是當(dāng)今半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)研究熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。

　　亞洲是最大半導(dǎo)體材料市場(chǎng)

　　中國(guó)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)發(fā)展迅速，SEMI預(yù)計(jì)，中國(guó)半導(dǎo)體材料銷售額2008年將達(dá)到40.3億美元，較2007年增長(zhǎng)23%，增長(zhǎng)率居全球首位。

　　與半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)相比，材料產(chǎn)業(yè)相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有很大的跌宕起伏。最近5年的年平均增長(zhǎng)率為11%。與設(shè)備行業(yè)類似，亞洲地區(qū)的增長(zhǎng)速率高于全球平均水平，其中中國(guó)的增長(zhǎng)為21%，居全球第一。

　　產(chǎn)業(yè)對(duì)新材料的需求對(duì)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)也是市場(chǎng)機(jī)遇所在。納米時(shí)代，如何開發(fā)出能夠滿足技術(shù)性能要求的產(chǎn)品，如何降低材料的成本，如何實(shí)現(xiàn)新材料的大規(guī)模生產(chǎn)，如何滿足環(huán)保與安全的需求，這些都是材料供應(yīng)商的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

　　未來(lái)的半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)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(lái)的幾年都將逐漸走進(jìn)市場(chǎng)。黃丕成認(rèn)為，新材料研究的目標(biāo)不僅在于滿足技術(shù)的要求，應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)，同時(shí)降低成本也是業(yè)界的一大需求，這是追隨摩爾定律的必然結(jié)果。

　　與半導(dǎo)體相關(guān)的太陽(yáng)能、FPD(平板顯示器)等產(chǎn)業(yè)也拉動(dòng)了對(duì)新材料的需求。半導(dǎo)體材料的銷售額占半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的16%，2007年的銷售額為410億美元，其中60%來(lái)自前道，40%來(lái)自后道。64%來(lái)自亞洲，13%來(lái)自北美，9%來(lái)自歐洲。因此，包括中國(guó)在內(nèi)的亞洲地區(qū)是目前最大的半導(dǎo)體材料市場(chǎng)。

　　新材料迎合新工藝需求

　　專家認(rèn)為，在光刻、CMP、刻蝕等領(lǐng)域都存在著一些材料與工藝技術(shù)的挑戰(zhàn)。黃丕成介紹說(shuō)，在光刻領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)更小的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，提高分辨率就成為必然。浸入式光刻、EUV(遠(yuǎn)紫外線光刻)、雙掩模等新技術(shù)的出現(xiàn)就會(huì)對(duì)光刻膠材料與結(jié)構(gòu)提出更多的要求。

　　黃丕成認(rèn)為，介電材料的選擇與集成對(duì)降低晶體管的RCDelay(電阻-電容延遲時(shí)間)也是至關(guān)重要的。因此對(duì)低k介電材料的研究與應(yīng)用一直是業(yè)界的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。不僅材料公司在關(guān)注這一問(wèn)題，設(shè)備公司對(duì)此也極為重視，包括應(yīng)用材料、諾發(fā)等公司都有專門的研發(fā)隊(duì)伍與自己獨(dú)特的產(chǎn)品，這說(shuō)明他們都認(rèn)識(shí)到工藝集成中離不開材料。應(yīng)用材料公司的BlackDiamond技術(shù)與諾發(fā)的Coral技術(shù)都已在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。而且隨著線寬的減小，低k材料也在不斷地升級(jí)，這也為互連工藝中的銅與低k材料的CMP工藝帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

　　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(huì)被更多地采納與應(yīng)用。這是應(yīng)對(duì)漏電問(wèn)題的根本解決方案。為此，不僅材料廠商在探索與實(shí)驗(yàn)，積極尋找各種備選材料，英特爾、臺(tái)積電、中芯國(guó)際等廠商也在研發(fā)隊(duì)伍中投入了更多的人力從事材料的研發(fā)。

　　中國(guó)市場(chǎng)較其他地區(qū)而言是獨(dú)一無(wú)二的。中國(guó)的客戶非常多元化，包括國(guó)有企業(yè)、中外合資公司和外商獨(dú)資公司等。甚至在技術(shù)方面，中國(guó)范圍內(nèi)也存在較大差異，從較早的4英寸晶圓技術(shù)到尖端的45nm工藝技術(shù)，在中國(guó)都能找到足跡。無(wú)論是設(shè)備市場(chǎng)還是材料市場(chǎng)，中國(guó)無(wú)疑是最受關(guān)注的。