钼——推动人工智能时代芯片制造实现下一重大飞跃的金属

仅在2024年，半导体芯片的产量就达到了惊人的1万亿颗，相当于地球上每个人拥有100颗芯片。这一数字背后，是一个行业正在竞相突破半导体的物理极限，以提供更高的性能，满足先进人工智能、高效边缘计算以及智能手机和其他智能设备高端化带来的日益增长的需求。

制造中的金属化和新材料的演进

如今的智能设备比其前代产品拥有更多功能，尤其是在人工智能 (AI) 兴起的背景下。这得益于闪存中的 3D  NAND等技术 ，这些技术将存储器层像摩天大楼一样垂直堆叠，互连必须快速、精确且无缺陷。

为了满足更高的性能要求，芯片制造领域正在经历变革——金属化——即在芯片上沉积薄金属层以形成电路的工艺。从创建复杂的图案，到存储字线，再到逻辑触点，逐原子沉积金属对于制造先进芯片至关重要。

半导体制造的七个关键阶段

然而，随着层数的增加和字线连接（即与存储单元的“线”连接）的缩短，电阻和可靠性成为瓶颈。钨正面临同样的困境，在过去的25年里，钨一直是互连的主要材料。但随着芯片结构日益复杂，尤其是3D NAND和DRAM的发展，钨的性能已达到极限。随着我们进入人工智能时代，钼这种金属将推动先进芯片制造的下一个飞跃。 

为什么是钼？

钼优于钨，并具有三大关键突破：

• 纳米级电阻率低于钨
• 消除阻挡层，减少制造工艺步骤
• 随着设备缩小和层数增加，可扩展性更好

这些优势转化为更快的芯片、更高的产量和更高效的生产——所有这些对于利用 NAND、DRAM 和逻辑芯片三大主要部分的从智能手机到服务器的下一代设备都至关重要。

电阻比较

尽管钼具有诸多优势，但迄今为止，它尚未在金属化工艺中使用，因为原子层沉积 (ALD) 方法尚未开发出满足钼金属化要求的方法。具体而言：

• 固体前驱体输送 – 用于原子层沉积 (ALD) 钼的前驱体（或源材料）为固体形式。需要进行硬件开发，以使用固体前驱体并将其转换为适用于原子层沉积 (ALD) 的模块。
• 特征内沉积——NAND、 DRAM和逻辑器件需要各种形式的沉积 。具体而言，NAND 需要原子层沉积，以共形方式沉积在垂直和水平字线 (WL) 结构中。逻辑器件应用可能需要低温沉积以及选择性生长。
• 工程低电阻——为了实现低电阻，钼的晶粒尺寸以及与相邻金属和介电材料的界面条件至关重要。为了实现最低电阻，需要先进的原子层沉积 (ALD) 技术以及硬件开发。

破解钼的制造密码：

Lam Research 的 ALTUS® Halo——钼金属化领域的里程碑

Lam Research 最新推出的 ALTUS® Halo 是全球首款突破钼大规模沉积技术障碍的原子层沉积 (ALD) 设备。它具有以下优势：

• 无障碍沉积，简化流程和管理费用
• 与钨相比，字线电阻降低 50% 以上
• 薄膜生长吞吐量行业领先，并减少间接时间
• 满足一系列金属化需求的优化——保形沉积或选择性沉积

Lam Research 的 ALTUS® Halo：全球首款钼原子层沉积设备

商业里程碑

Lam 的 ALTUS Halo 技术使钼材料实现量产成为可能。目前，钼材料正被应用于大批量 3D NAND 和先进逻辑芯片制造厂，DRAM 芯片也正在开发中。美光公司是最早在其先进 NAND 产品生产中使用 ALTUS Halo 技术的厂商之一。

行业合作伙伴和投资者的底线

创新一直是推动半导体行业向前发展的整个制造链的价值驱动力。

研究副总裁Neil Shah指出：“随着摩尔定律的放缓和半导体架构的日益先进，材料创新将成为下一个竞争前沿。 钼代表着一个罕见且关键的转折点——这不仅关乎材料，更关乎先进芯片制造的性能和经济效益。”

Lam Research 正在引领这一转变，并通过创新带来更快的流程、更好的芯片和更大的价值。

半导体制造中的钼101：

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