金屬材料變革將影響中國半導(dǎo)體設(shè)備的研發(fā)方向

Applied Materials表示，20年來首樁晶體管接點(diǎn)與導(dǎo)線的重大金屬材料變革，能解除7nm及以下晶圓制程主要的效能瓶頸，由于鎢（W）在晶體管接點(diǎn)的電性表現(xiàn)與銅（Cu）的局部終端金屬導(dǎo)線制程都已經(jīng)逼近物理極限，成為FinFET無法完全發(fā)揮效能的瓶頸，因此芯片設(shè)計(jì)者在7nm以下能以鈷（Co）金屬取代鎢與銅，借以增進(jìn)15%的芯片效能。

采用鈷可優(yōu)化先進(jìn)制程金屬填充情形，延續(xù)7nm以下的制程微縮

鎢和銅是目前先進(jìn)制程所采用的重要金屬材料，然而鎢和銅與絕緣層附著力差，因此都需要線性層（Liner Layer）增加金屬與絕緣層間的附著力。

此外，為了避免阻止鎢及銅原子擴(kuò)散至絕緣層而影響芯片電性，必須有阻擋層存在。

如下圖所示，隨著制程微縮至20nm以下，以鎢 contact制程為例，20nm的Contact CD中，Barrier就占了8nm，Contact中實(shí)際金屬層為12nm （金屬填充8nm+ 晶核形成 4nm），Contact直徑為10nm時，實(shí)際金屬層僅剩2nm，以此估算Contact直徑為8nm時將沒有金屬層的容納空間，此時線性層及阻擋層的厚度成了制程微縮瓶頸。

注：金屬導(dǎo)線及晶體管間的連接通道稱為Contact，由于Contact實(shí)際形狀是非常貼近圓柱體的圓錐體。因此Contact CD一般指的是Contact直徑

▲W Contact的金屬填充情形

然而同樣10nm的Contact直徑若采用鈷（如下圖），其Barrier僅4nm，而實(shí)際金屬層則有6nm，相較于采用鎢更有潛力在7nm以下制程持續(xù)發(fā)展。

▲CO Contact的金屬填充情形

金屬材料變革將影響中國半導(dǎo)體設(shè)備的研發(fā)方向

目前中國半導(dǎo)體設(shè)備以蝕刻、薄膜及CMP的發(fā)展腳步最快，此部分將以打入主流廠商產(chǎn)線、取得認(rèn)證并藉此建立量產(chǎn)數(shù)據(jù)為目標(biāo)，朝向打入先進(jìn)制程的前段晶體管制程之遠(yuǎn)期目標(biāo)是相當(dāng)明確。

然而相較于國際主流半導(dǎo)體設(shè)備廠商的技術(shù)水平，中國半導(dǎo)體設(shè)備廠商仍是追隨者角色，因此鈷取代鎢和銅的趨勢確立，將影響中國半導(dǎo)體設(shè)備廠商尤其是蝕刻、薄膜及CMP的研究發(fā)展方向。