半导体产业正从0.18微米铝制程技术升级至0.13微米并开始了铜制程的量产；下一步将迈入的是0.10微米或100奈米制程，为「奈米晶片」世代的揭开序幕。在奈米晶片世代里，更先进的元件将由数十亿颗电晶体所推动，使厂商得以做出速度更快、效能更强大以及功能更多的晶片。应用材料正率先业界发展相关系统与制程模组，以协助客户克服奈米晶片的障碍。

应用材料创新技术，随着摩尔定律前进

长期以来，摩尔定律(Moore's Laws)一直深深地影响着半导体产业的发展：就技术观点而言，摩尔定律意味着晶片的电晶体总数每18个月将增加一倍，然而摩尔定律同时意指个别功能的晶片成本会随着时间而逐渐下降，例如当DRAM进入16MB世代后，成本就开始大幅下降，其后更以指数曲线往下滑落。这不但是推动电子产品革命的主要力量，也是推动奈米晶片制造革命的主要力量。

从Precision 5000化学气相沉积与蚀刻平台以及Endura物理气相沉积平台开始，应用材料公司在降低晶片制造成本的过程中始终扮演着重要的角色；推出最新的300mm设备，包括铜／低介质材料、原子层沉积(ALD)制程、Radiance快速高温处理闸极氧化沉积设备以及SWIFT单晶圆离子植入设备等。透过这些努力，在奈米晶片世代里将可促使功能更强大、携带更方便、且价格更低廉的电子产品问世。

半导体产业的三股推动力量

进入奈米晶片时代，有三股力量推动着半导体产业的发展：铜／低介电常数导线、先进电晶体以及降低成本，后者主要是透过缩小电路结构和采用更大晶圆来达成。缩小电路结构需要更高的精准度，是制程技术最大的挑战；如果使用面积更大的300mm晶圆，半导体产业就必须提供全新的制程设备。

就晶片的导线结构制作而言，铜与低介电材料可以满足下面两项要求：一是提供更快的信号传输速度，一是使导线能够承载更大电流。利用低介电材料，厂商可将导线做的更细，间距更小，同时减低功率损耗到最少；这些新材料与制程还能降低晶片的电力消耗，促成可携式电子产品的不断进步。

电晶体已经成为奈米晶片制造的一项关键要素，决定在未来晶片上能够做出多小的电路结构；此外，电晶体也影响晶片的速度、功率消耗以及可靠性。

铜导线制程技术

导线结构缩小是引领微处理器进入GHz时代的重要因素；就在不久前，0.35微米元件为五层的铝金属，时至今日，100奈米晶片已具有八层的铜金属设计。随着元件电路结构的不断缩小，长宽比又持续增加，晶片上的导线结构越来越像是一大堆密密麻麻的摩天大楼，表示同样电流必须通过更细小的导线路径。

为支援100奈米晶片的导线制作，应用材料提供最先进的设备来执行主要制程处理步骤，包括介质沉积与蚀刻、铜阻障层／种晶层、电化学电镀及化学机械研磨。应用材料是介质沉积、铜阻障层／种晶层沉积以及化学机械研磨市场的领导厂商，并在其它领域提供极具竞争力的产品。

低介电材料是缩小导线结构的另一项重大挑战，其中包括薄膜稳定性、制程整合和可支援100奈米世代的能力。应用材料已发展出Black Diamond薄膜材料，提供客户最小的有效k值及最佳的可制造性。

目前台积电已开始采用Black Diamond材料，应用于0.13微米双嵌刻整合处理制程，同时投入实际的晶圆生产作业。除了台积电的八层铜金属双嵌刻制程外，摩托罗拉与超微也决定采用应用材料Black Diamond技术制造第三代铜制程。

针对100奈米以下的制程处理，铜金属沟道充填与导电区充填即是新的解决方案，这种整合制程模组可将不同制程技术、个别制程设备以及制程监控功能整合在一起，进而克服制程技术挑战。

举例来说，利用「介质沉积＋介质蚀刻＋量测与检视＋化学气相沉积＋金属化学气相沉积＋电化学电镀＋化学机械研磨＋量测与检视」等制程顺序，就能在100奈米及其更小的元件上做出长宽比很大的铜导线结构。

应用材料将其它的多制程技术用于导电区填充制程，其中包括原子层(ALD)沉积技术，这些整合制程不但在技术上相当成功，同时也提升了晶圆的生产良率，让设备发挥最大的生产力。

应用材料的电晶体技术

电晶体是晶片上的基本电子开关，进入奈米晶片世代后，所面临的困难挑战或许还多于导线结构。针对100奈米晶片的所有重要挑战，例如浅沟隔离层、闸极堆叠、超浅层和更精密的导电区结构等。

举例来说，针对100奈米以下的闸极制造，利用300mm闸极堆叠模组能够提供一套全方位解决方案，这套系统可以把多组制程设备整合至一个平台，包括执行闸极氧化沉积的Radiance快速高温处理设备、POLYgen多晶矽沉积设备以及「分立电浆氮化制程」(Decoupled Plasma Nitridation)反应室。

应用材料还独家提供单晶圆高温处理技术，能大幅改善制程的周期时间与产出，特别是在300晶圆厂内，这项技术可在许多应用中取代传统批次式的炉管设备，因此很快就为世界各地半导体厂商所采用；单晶圆高温处理技术亦大幅降低温度范围，满足100奈米及其以下电晶体元件的严格要求。联华电子已决定采用应用材料的单晶圆前端制程技术，以制造先进晶片，并用它来取代炉管步骤，联华电子认为单晶圆热处理反应室同时提供了技术及上市时间优势。

至于离子植入的双系统解决方案，则是包括：具超浅层功能的Quantum离子植入设备以及所有参数(中电流与高能量)植入功能的SWIFT单晶圆离子植入设备；另外还有DPS矽晶蚀刻设备，可将闸极蚀刻与浅沟隔离层蚀刻功能延伸至100奈米以下的电晶体元件中。

晶片制造的下一个典范：制程模组

半导体产业要沿着摩尔定律的道路继续前进，关键在于下面三种技术的汇聚：元件的缩小、铜与低介电材料、以及300mm晶圆，这也是实现奈米晶片的基础。现在又出现第四波技术--整合式制程模组，带动半导体产业最新的典范转移，以克服技术持续进步的各种挑战。

应用材料发展「整合制程模组」的概念，希望提供更高效能、更快速的制程认证及产品上市时间。制程模组初期以两套或多套作业顺序相连的设备为目标，将制程加以整合，使整个制程既有高度的相容性，又可以彼此合作得到最佳结果。

目前应用材料已将制程整合及制程监控技术结合，针对通过制程设备的每一颗晶圆，精确量测各种薄膜参数与缺陷，并且采用「先进制程控制」(Advanced Process Control)软体执行闭回路制程控制，透过一个具有前向馈送／反向馈送能力的模组控制器，把资讯传送给整个制程模组，使制程模组的作业就像是一套设备，且能提供极高的精准度与生产力。

虽然先进制程控制软体可让个别设备变得聪明，但只有利用模组控制器来提供前向馈送／反向馈送的通讯能力，整套设备才算是真正的智慧型系统。为发展200mm及300mm模组，同时向客户进行功能展示，应用材料成立「设备及制程整合中心」(EPIC)，预计今年模组产品可开始出货至全球各地的客户。 (作者为应用材料全球资深副总裁)