2015/07/27-蘇純儀

 

半導體產業在摩爾定律(Moore's Law)預測下持續演進，雖不時傳出製程已面臨極限的推測，晶片製造商仍不斷推出3D NAND、鰭式場效電晶體(FinFET)等新技術以因應。而今為了更上層樓，IC業必須進一步朝著處理原子等級製程的方向邁進。

Semiconductor Engineering報導，以目前的技術要將晶片製程提升至原子等級仍存在一些限制，因此相關工具的開發已是刻不容緩。

應用材料(Applied Materials)近期推出次世代原子層沉積(Atomic Layer Deposition；ALD)工具以及新的蝕刻系統，而科林研發(Lam Research)等其他廠商也於7月上旬的美西半導體設備暨材料展(SEMICON West)展示了相關工具。

目前業界已可見一些ALD製程之應用，ALD市場的相關業者包括應材、ASMI、科林研發、TEL等。據應材預估，ALD產業規模將從2014年8.3億美元，成長至2015年的9.25億美元。

應材蝕刻事業副總暨技術長Uday Mitra表示，在英特爾(Intel)第一代22奈米FinFET製程中，鰭結構的主要部分只有19個原子大小，而蝕刻的部分更縮至10%，約為2個原子大小，因此晶片製造商將需更進階的製程技術，以應付持續微縮的晶片。

但以現有工具來看，就算只是想為這些微小結構進行量測都極具挑戰。原子的直徑約為1埃(angstrom)，而1埃約等於0.1奈米。原子力顯微儀 (AFM)供應商Park Systems董事長Keibock Lee認為，半導體製造商需要可以處理0.5埃以下製程的工具。

今日市場上的ALD解決方案，是透過製程氣體與材料表面進行化學吸附反應、及該反應的自我侷限(self-limited)特性，在每一次進氣循環的過程形成厚度為一層原子的薄膜，讓製程的控制可精確至原子層級，但這種方法有著速度緩慢、效率不彰的缺陷。

有鑑於此，應材推出全新Olympia製程系統，克服傳統ALD技術所面臨單晶圓設備的製程方法於化學反應調控上之不足，以及爐管設備製程週期過長等限 制。主要為10奈米之後的製程所設計，可用於低溫薄膜、曝光、選擇性沈積、高介電(High-k)及低介電(Low-k)等各種應用上。

Olympia模組化的硬體設計，還可完全分離製程中的不同化學反應物，省去傳統ALD技術所需的冗長化學反應氣體除淨步驟，提升製程效率。

另一大廠科林研發則是為VECTOR Extreme平台推出ALD Oxide系統。由於晶片製造商在在14奈米以下的製程便會採用自對準型雙重曝光(SADP)及自對準型四重曝光(SAQP)技術，但關鍵尺寸的變異會隨著多重曝光而增加，讓製程品質控制益發困難。

科林研發宣稱，ALD Oxide系統支援SADP及SAQP製程，不但可讓製程品質控制達到要求，還可同時處理4片晶圓，比其他解決方案的產能增加20%。

此外，對於製程中蝕刻變異的控制同樣也是來到原子層級，新式原子層蝕刻技術(ALE)已在開發中，應材就推出了Centris Sym3蝕刻系統，提供原子等級的精密度，而科林研發也為DRAM及3D NAND的微縮推出了Flex G系列蝕刻工具。