在当前针对高性能芯片的要求,希望不断提效率,并且降低功耗,提升储存空间的情况下,透过延续摩尔定律,将先进制程不断的向下发展就成为不可逆的发展方向。而这也是目前晶圆代工龙头台积电,在当前推出 10 奈米制程之后,陆续规划在 2018 年及 2019 年陆续推出 7 奈米及 5 奈米先进制程的原因。
不过,随着先进制程往个位数奈米制程发展,则因为当前制程的铜材料导线会因为导电速率的不足,无法满足个位数奈米制程的需求,使得发展先进制程发展上碰上阻碍。因此,应用材料在 2014 年就开始研发以钴来取代铜,成为未来先进制程中导线材料的可能。如今,在 17 日应用材料正式宣布,将在个位数奈米制程节点上陆续导入钴材料,使导线的导电性更佳和功耗更低,并且让芯片体积得以更小,进一步推动摩尔定律得以延伸推进到 7 奈米,甚至到 5 奈米及 3 奈米以下的先进制程中。
根据应用材料表示,在先进制程中,半导体金属沉积制程进入 7 奈米以下的节点时,要如何生产连结芯片中数十亿个晶体管的导线电路就成为技术关键。因为同时要扩增芯片上晶体管的数量,而且还要建立系统整合芯片的封装,因此必须缩小导线,并提升晶体管密度。只是,在缩小导线的过程中,导线截面积越小,导电体积也跟着减少,这就会使得电阻增加,使得导电性能下降。所以,要克服这种 “阻容迟滞” 的情况就必须透过新的技术,包括在阻障层、内衬层等微缩制程上,以及运用新材料来改善导电性的问题。
因此,为了解决芯片内导线的导电性问题,应用材料运用新的钴以取代传统铜材料,并运用先进的沉积制程技术,同时将物理气相沉积、化学气相沉积和原子层 3 种不同沉积制程技术,整合在同一设备平台上。运用单一整合程序,制造出复杂的薄膜堆叠结构。用以确保元件效能更高、良率更佳,并维持客户竞争力与推进技术蓝图的持续发展。
据了解,以钴材料全面取代铜材料当作导线的技术,应用材料预计将可能在 7 奈米制程中进行先期测试与学习过程,然后在 5 奈米制程上进行全面性的导入。至于,材料的更换后,在机台设备则可望沿用沿用当前的 Endura 平台,透过进行技术及零件升级,即可进一步采用钴材料来当作导线材料。
应用材料表示,未来若以钴取代铜成为先进制程上的导线关键材料之后,预期因为导电性更佳,而且拥有功耗更低等的优点,将可大幅减小芯片体积,使芯片的效能更优越。如此也能进一步延续摩尔定律,使晶圆制造商如台积电继续发展个位数奈米先进制程。
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