新工藝面臨技術(shù)挑戰半導體材料時(shí)代來(lái)臨

　　在消費電子與綠色能源需求的推動(dòng)下，新型半導體材料將更多地在生產(chǎn)中得到應用，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 )對材料提出新的要求。

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

　　新材料研發(fā)投入與日俱增

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

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

　　隨著(zhù)45nm技術(shù)時(shí)代的來(lái)臨，新材料在半導體前道和后道工藝中都得到了日益廣泛的應用。Praxair公司研發(fā)總監兼中國國際半導體材料研討會(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。黃丕成認為，在前段工藝過(guò)程中的高k(介電常數)金屬柵與應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，都是當今半導體制造產(chǎn)業(yè)研究熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。

　　亞洲是最大半導體材料市場(chǎng)

　　中國半導體材料市場(chǎng)發(fā)展迅速，SEMI預計，中國半導體材料銷(xiāo)售額2008年將達到40.3億美元，較2007年增長(cháng)23%，增長(cháng)率居全球首位。

　　與半導體設備行業(yè)相比，材料產(chǎn)業(yè)相對穩定，沒(méi)有很大的跌宕起伏。最近5年的年平均增長(cháng)率為11%。與設備行業(yè)類(lèi)似，亞洲地區的增長(cháng)速率高于全球平均水平，其中中國的增長(cháng)為21%，居全球第一。

　　產(chǎn)業(yè)對新材料的需求對供應商來(lái)說(shuō)也是市場(chǎng)機遇所在。納米時(shí)代，如何開(kāi)發(fā)出能夠滿(mǎn)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)現新材料的大規模生產(chǎn)，如何滿(mǎn)足環(huán)保與安全的需求，這些都是材料供應商的機遇與挑戰。

　　未來(lái)的半導體技術(shù)發(fā)展最離不開(kāi)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)。黃丕成認為，新材料研究的目標不僅在于滿(mǎn)足技術(shù)的要求，應對技術(shù)挑戰，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果。

　　與半導體相關(guān)的太陽(yáng)能、FPD(平板顯示器)等產(chǎn)業(yè)也拉動(dòng)了對新材料的需求。半導體材料的銷(xiāo)售額占半導體產(chǎn)業(yè)的16%，2007年的銷(xiāo)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，包括中國在內的亞洲地區是目前最大的半導體材料市場(chǎng)。

　　新材料迎合新工藝需求

　　專(zhuān)家認為，在光刻、CMP、刻蝕等領(lǐng)域都存在著(zhù)一些材料與工藝技術(shù)的挑戰。黃丕成介紹說(shuō)，在光刻領(lǐng)域，為了實(shí)現更小的技術(shù)節點(diǎn)，提高分辨率就成為必然。浸入式光刻、EUV(遠紫外線(xiàn)光刻)、雙掩模等新技術(shù)的出現就會(huì )對光刻膠材料與結構提出更多的要求。

　　黃丕成認為，介電材料的選擇與集成對降低晶體管的RCDelay(電阻-電容延遲時(shí)間)也是至關(guān)重要的。因此對低k介電材料的研究與應用一直是業(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，設備公司對此也極為重視，包括應用材料、諾發(fā)等公司都有專(zhuān)門(mén)的研發(fā)隊伍與自己獨特的產(chǎn)品，這說(shuō)明他們都認識到工藝集成中離不開(kāi)材料。應用材料公司的BlackDiamond技術(shù)與諾發(fā)的Coral技術(shù)都已在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。而且隨著(zhù)線(xiàn)寬的減小，低k材料也在不斷地升級，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。

　　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 )被更多地采納與應用。這是應對漏電問(wèn)題的根本解決方案。為此，不僅材料廠(chǎng)商在探索與實(shí)驗，積極尋找各種備選材料，英特爾、臺積電、中芯國際等廠(chǎng)商也在研發(fā)隊伍中投入了更多的人力從事材料的研發(fā)。

　　中國市場(chǎng)較其他地區而言是獨一無(wú)二的。中國的客戶(hù)非常多元化，包括國有企業(yè)、中外合資公司和外商獨資公司等。甚至在技術(shù)方面，中國范圍內也存在較大差異，從較早的4英寸晶圓技術(shù)到尖端的45nm工藝技術(shù)，在中國都能找到足跡。無(wú)論是設備市場(chǎng)還是材料市場(chǎng)，中國無(wú)疑是最受關(guān)注的。