泛林集团CTO与魏少军教授谈半导体制造的挑战

作者 / 王莹　

   近日，泛林集团技术研讨会(Lam Research Technical Symposium)在清华大学举行，泛林集团(Lam Research)执行副总裁兼首席技术官Richard A. Gottscho博士和清华大学微电子学研究所所长魏少军教授向电子产品世界编辑介绍了下一代半导体制造业的挑战。

泛林集团技术研讨会注重产学结合

　　据Gottscho博士介绍，泛林集团技术研讨会每年举办一次， 今年已是第二届。会议的目的是通过相互交流与探讨，激发创意，从而共同应对行业面临的新问题和挑战。

　　本次研讨会邀请到了来自泛林集团、清华大学、麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、西部数据的国际知名学者与业界专家，就全球半导体产业面临的挑战深入交换意见，探讨如何更好地助力产业技术突破与创新发展。

半导体工艺ALE和ALD的进展

　　Gottscho博士称，目前，泛林集团在所擅长的ALE(原子层刻蚀)和ALD(原子层沉积)技术方面的进展非常顺利，实际应用也越来越多。ALD比ALE诞生得早，所以技术发展更为成熟，普及度也更高。但ALE的应用也在不断拓展。

　　技术的普及主要面临两方面的挑战：一是生产的通量，二是总拥有成本。这两个方面都在不断被改进，泛林集团也在不断推出新版本的ALE和ALD，并基于新的设计架构推进ALE和ALD技术进一步发展和成熟。

　　此外，泛林集团还逐渐将这两个技术集成，在一个工艺腔内实现ALD和ALE的工序。对于一些传统产品，在刻蚀腔里实现ALD，或者在沉积腔里实现一部分ALE的功能。

　　人们原本认为使用ALD和ALE 可以取得两方面的收益，一是包括在硅片层面和设备层面的均匀性的提升，二是选择比的改进。但在实践中，泛林集团发现除了这两点之外，还有其他意想不到的收益，比如产品的损坏率会下降，粗糙度会进一步降低。随着粗糙度的进一步降低，EUV(极紫外线)的使用功率可以减少，所以EUV技术的性价比会得到提升，这是目前的发展趋势。

EUV光刻机的走势

　　据Gottscho博士介绍，EUV光刻的普及度在上升，这种趋势尤其体现在7nm以下的制程中。芯片制造商已开始将其使用于逻辑芯片和DRAM，成本也在缓慢下降。但就目前的情况来看，EUV的价格仍然非常高，生产效率依然存在问题。

　　泛林集团正和其他企业开展合作，以进一步降低EUV成本，而采取的技术途径是通过ALE和ALD来减少器件的粗糙程度，使相关的堆叠对于EUV光子更加敏感，以更小的剂量实现同等的粗糙度或者故障率，从而使生产效率进一步提升，总拥有成本进一步下降。

3D NAND的挑战

　　关于3D NAND闪存方面，2018年业界的主流是做到128层，到2022年要做到512层，那么这种发展趋势会带来哪些技术挑战呢?Gottscho博士称，泛林集团在和客户的交流中发现，3D NAND需要多层堆叠的结构。而在多层堆叠结构上形成沟道的过程中，如何对深度和薄膜的应力进行控制，是目前业界所面临的最大的技术挑战。

设备在芯片制造业中的作用

　　为何采用同样的设备，有些代工厂/芯片工厂能制造出先进的特征尺寸的制程，而对于有些企业来说会很难?

　　Gottscho博士解答道，泛林集团为全球客户提供包括薄膜沉积、等离子刻蚀和单片晶圆清洗解决方案，事实上，当今市场上几乎每一颗先进的芯片都使用了泛林集团的技术。但是，泛林集团在帮助客户取得成功的过程中发挥的是辅助性作用，而决定企业发展快慢的原因是多方面的，其中包括企业相关技术起步的早晚，企业自身的文化和学习能力等。

　　泛林集团在提供设备和解决方案的过程中始终遵循着一个基本原则：绝对禁止把一个客户的专业技术透露给另一个客户。我们坚信每个客户必须根据自身实际情况找到合适自己的发展路径，形成竞争优势。然而，企业竞争所处的位置是不断变化的，随着新技术节点的出现，这种变化还会继续发生。

　　对此，魏少军教授补充道，能够制成特征尺寸更小的芯片，固然有设备的原因，但并不是主要的。中国半导体产业起步比其他国家和地区晚，海外在做14nm的时候，我们可能还在攻克28nm。此外，设备不可能是一家提供的，每个设备商也只能提供和其设备相关工艺上的控制和相关参数。真正形成生产线时，需要将各家的生产线按照生产流程很好地进行管理和运行，最终通过精确控制和流程管理生产出先进的产品。而这一点是我们本土企业的弱项，还需要不断提升。

AI芯片对半导体业的推动作用

　　在被问及人工智能(AI)将对半导体产业产生的影响时，Gottscho博士指出影响将是多方面的。首先，AI对于半导体行业，尤其是存储方面提出了更多需求。这将要求未来有更多芯片厂的支持，对芯片设备的需求也会随之上涨。预计未来很多年，这样的趋势将会一直保持，这将促进泛林集团等半导体设备供应商业务的持续增长。

　　此外，AI、大数据已经促使了许多行业的改变，其中也包括了半导体行业和半导体设备行业。通过AI，芯片制造商可以进一步提升生产效率和良率，减少总拥有成本。而泛林集团也可以用更短的时间和更低的成本提出生产工艺和控制方面的解决方案。

　　魏少军教授补充道，AI应用十分广泛，我们经常说“无产业不AI、无应用不AI”。比如人脸识别、语音识别、自动驾驶等都可能对半导体产业产生一定的拉动作用。但魏少军教授认为目前AI的发展还处于初级阶段，是一种辅助系统。因此还需等技术进一步发展——当AI大量的最终计算能够从云移动到边缘，特别是手机能够真正实现智能化时，才将对半导体产业产生真正深远的影响。

　　从AI的发展来看，魏教授认为中国和国际上的差距不大，甚至在某些方面还发展得更好。中国有14亿人口，在应用发展过程中可以产生很强的拉动作用。

　　但是从AI的根本、基础技术来看，中国还有很长的路要走， 特别是在算法和数据的应用上。我们需要冷静地看待自身发展，并逐渐缩小和同行之间的差距。(王莹)