泛林集團CTO與魏少軍教授談半導體制造的挑戰

作者 / 王瑩　

   近日，泛林集團技術(shù)研討會(huì )(Lam Research Technical Symposium)在清華大學(xué)舉行，泛林集團(Lam Research)執行副總裁兼首席技術(shù)官Richard A. Gottscho博士和清華大學(xué)微電子學(xué)研究所所長(cháng)魏少軍教授向電子產(chǎn)品世界編輯介紹了下一代半導體制造業(yè)的挑戰。

泛林集團技術(shù)研討會(huì )注重產(chǎn)學(xué)結合

　　據Gottscho博士介紹，泛林集團技術(shù)研討會(huì )每年舉辦一次， 今年已是第二屆。會(huì )議的目的是通過(guò)相互交流與探討，激發(fā)創(chuàng )意，從而共同應對行業(yè)面臨的新問(wèn)題和挑戰。

　　本次研討會(huì )邀請到了來(lái)自泛林集團、清華大學(xué)、麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、西部數據的國際知名學(xué)者與業(yè)界專(zhuān)家，就全球半導體產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰深入交換意見(jiàn)，探討如何更好地助力產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破與創(chuàng )新發(fā)展。

半導體工藝ALE和ALD的進(jìn)展

　　Gottscho博士稱(chēng)，目前，泛林集團在所擅長(cháng)的ALE(原子層刻蝕)和ALD(原子層沉積)技術(shù)方面的進(jìn)展非常順利，實(shí)際應用也越來(lái)越多。ALD比ALE誕生得早，所以技術(shù)發(fā)展更為成熟，普及度也更高。但ALE的應用也在不斷拓展。

　　技術(shù)的普及主要面臨兩方面的挑戰：一是生產(chǎn)的通量，二是總擁有成本。這兩個(gè)方面都在不斷被改進(jìn)，泛林集團也在不斷推出新版本的ALE和ALD，并基于新的設計架構推進(jìn)ALE和ALD技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和成熟。

　　此外，泛林集團還逐漸將這兩個(gè)技術(shù)集成，在一個(gè)工藝腔內實(shí)現ALD和ALE的工序。對于一些傳統產(chǎn)品，在刻蝕腔里實(shí)現ALD，或者在沉積腔里實(shí)現一部分ALE的功能。

　　人們原本認為使用ALD和ALE 可以取得兩方面的收益，一是包括在硅片層面和設備層面的均勻性的提升，二是選擇比的改進(jìn)。但在實(shí)踐中，泛林集團發(fā)現除了這兩點(diǎn)之外，還有其他意想不到的收益，比如產(chǎn)品的損壞率會(huì )下降，粗糙度會(huì )進(jìn)一步降低。隨著(zhù)粗糙度的進(jìn)一步降低，EUV(極紫外線(xiàn))的使用功率可以減少，所以EUV技術(shù)的性?xún)r(jià)比會(huì )得到提升，這是目前的發(fā)展趨勢。

EUV光刻機的走勢

　　據Gottscho博士介紹，EUV光刻的普及度在上升，這種趨勢尤其體現在7nm以下的制程中。芯片制造商已開(kāi)始將其使用于邏輯芯片和DRAM，成本也在緩慢下降。但就目前的情況來(lái)看，EUV的價(jià)格仍然非常高，生產(chǎn)效率依然存在問(wèn)題。

　　泛林集團正和其他企業(yè)開(kāi)展合作，以進(jìn)一步降低EUV成本，而采取的技術(shù)途徑是通過(guò)ALE和ALD來(lái)減少器件的粗糙程度，使相關(guān)的堆疊對于EUV光子更加敏感，以更小的劑量實(shí)現同等的粗糙度或者故障率，從而使生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升，總擁有成本進(jìn)一步下降。

3D NAND的挑戰

　　關(guān)于3D NAND閃存方面，2018年業(yè)界的主流是做到128層，到2022年要做到512層，那么這種發(fā)展趨勢會(huì )帶來(lái)哪些技術(shù)挑戰呢?Gottscho博士稱(chēng)，泛林集團在和客戶(hù)的交流中發(fā)現，3D NAND需要多層堆疊的結構。而在多層堆疊結構上形成溝道的過(guò)程中，如何對深度和薄膜的應力進(jìn)行控制，是目前業(yè)界所面臨的最大的技術(shù)挑戰。

設備在芯片制造業(yè)中的作用

　　為何采用同樣的設備，有些代工廠(chǎng)/芯片工廠(chǎng)能制造出先進(jìn)的特征尺寸的制程，而對于有些企業(yè)來(lái)說(shuō)會(huì )很難?

　　Gottscho博士解答道，泛林集團為全球客戶(hù)提供包括薄膜沉積、等離子刻蝕和單片晶圓清洗解決方案，事實(shí)上，當今市場(chǎng)上幾乎每一顆先進(jìn)的芯片都使用了泛林集團的技術(shù)。但是，泛林集團在幫助客戶(hù)取得成功的過(guò)程中發(fā)揮的是輔助性作用，而決定企業(yè)發(fā)展快慢的原因是多方面的，其中包括企業(yè)相關(guān)技術(shù)起步的早晚，企業(yè)自身的文化和學(xué)習能力等。

　　泛林集團在提供設備和解決方案的過(guò)程中始終遵循著(zhù)一個(gè)基本原則：絕對禁止把一個(gè)客戶(hù)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)透露給另一個(gè)客戶(hù)。我們堅信每個(gè)客戶(hù)必須根據自身實(shí)際情況找到合適自己的發(fā)展路徑，形成競爭優(yōu)勢。然而，企業(yè)競爭所處的位置是不斷變化的，隨著(zhù)新技術(shù)節點(diǎn)的出現，這種變化還會(huì )繼續發(fā)生。

　　對此，魏少軍教授補充道，能夠制成特征尺寸更小的芯片，固然有設備的原因，但并不是主要的。中國半導體產(chǎn)業(yè)起步比其他國家和地區晚，海外在做14nm的時(shí)候，我們可能還在攻克28nm。此外，設備不可能是一家提供的，每個(gè)設備商也只能提供和其設備相關(guān)工藝上的控制和相關(guān)參數。真正形成生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)，需要將各家的生產(chǎn)線(xiàn)按照生產(chǎn)流程很好地進(jìn)行管理和運行，最終通過(guò)精確控制和流程管理生產(chǎn)出先進(jìn)的產(chǎn)品。而這一點(diǎn)是我們本土企業(yè)的弱項，還需要不斷提升。

AI芯片對半導體業(yè)的推動(dòng)作用

　　在被問(wèn)及人工智能(AI)將對半導體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的影響時(shí)，Gottscho博士指出影響將是多方面的。首先，AI對于半導體行業(yè)，尤其是存儲方面提出了更多需求。這將要求未來(lái)有更多芯片廠(chǎng)的支持，對芯片設備的需求也會(huì )隨之上漲。預計未來(lái)很多年，這樣的趨勢將會(huì )一直保持，這將促進(jìn)泛林集團等半導體設備供應商業(yè)務(wù)的持續增長(cháng)。

　　此外，AI、大數據已經(jīng)促使了許多行業(yè)的改變，其中也包括了半導體行業(yè)和半導體設備行業(yè)。通過(guò)AI，芯片制造商可以進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率和良率，減少總擁有成本。而泛林集團也可以用更短的時(shí)間和更低的成本提出生產(chǎn)工藝和控制方面的解決方案。

　　魏少軍教授補充道，AI應用十分廣泛，我們經(jīng)常說(shuō)“無(wú)產(chǎn)業(yè)不AI、無(wú)應用不AI”。比如人臉識別、語(yǔ)音識別、自動(dòng)駕駛等都可能對半導體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生一定的拉動(dòng)作用。但魏少軍教授認為目前AI的發(fā)展還處于初級階段，是一種輔助系統。因此還需等技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展——當AI大量的最終計算能夠從云移動(dòng)到邊緣，特別是手機能夠真正實(shí)現智能化時(shí)，才將對半導體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生真正深遠的影響。

　　從AI的發(fā)展來(lái)看，魏教授認為中國和國際上的差距不大，甚至在某些方面還發(fā)展得更好。中國有14億人口，在應用發(fā)展過(guò)程中可以產(chǎn)生很強的拉動(dòng)作用。

　　但是從AI的根本、基礎技術(shù)來(lái)看，中國還有很長(cháng)的路要走， 特別是在算法和數據的應用上。我們需要冷靜地看待自身發(fā)展，并逐漸縮小和同行之間的差距。(王瑩)